金属材料的拉伸与压缩实验

机械学基础实验

指导书

力学实验中心

金属材料的拉伸与压缩实验

1.1 金属材料的拉伸实验

拉伸实验是材料力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。例如：弹性模量E 、比例极限R p 、上和下屈服强度R eH 和R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、收缩率Z 。除此而外，通过拉伸实验的结果，往往还可以大致判定某种其它机械性能，如硬度等。

我们以两种材料——低碳钢，铸铁做拉伸试验，以便对于塑性材料和脆性材料的力学机械性能进行比较。

这个实验是研究材料在静载和常温条件下的拉断过程。利用电子万能材料试验机自动绘出的载荷——变形图，及试验前后试件的尺寸来确定其机械性能。

试件的形式和尺寸对实验的结果有很大影响，就是同一材料由于试件的计算长度不同，其延伸率变动的范围就很大。例如：

对45#钢：当L 0＝10d 0时（L 0为试件计算长度，d 0为直径），延伸率A 10

＝24~29%，当L 0＝5d 0时，A 5＝23~25%。

为了能够准确的比较材料的性质，对拉伸试件的尺寸有一定的标准规定。按国标GB/T228-2002、GB/P7314-2005的要求，拉伸试件一般采用下面两种形式：

图1-1

1. 10倍试件；

圆形截面时，L 0＝10d 0 矩形截面时，L 0＝11.30S 2. 5倍试件

圆形截面时，L 0＝5d 矩形截面时, L 0＝5.650S =

45

S

d 0——试验前试件计算部分的直径； S 0——试验前试件计算部分断面面积。

此外，试件的表面要求一定的光洁度。光洁度对屈服点有影响。因此，

试件表面不应有刻痕、切口、翘曲及淬火裂纹痕迹等。

一、实验目的：

1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。

2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R p 、下屈服强度R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、断面收缩率Z 等）。

3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。

二、实验原理：

拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。在单向拉伸时F ——ΔL （力——变形）曲线的形式代表了不同材料的力学性能，利用：

0F R S =

L L ε∆= 可得到R —ε曲线关系。

三、实验所用的设备、仪器和工具

1、Zwick 电子万能材料试验机 一台

2、游标卡尺 一支

3、记号笔 一支

4、低碳钢、铸铁试件 各一个

四、试件尺寸测量

1．量度试件尺寸： 1）试验前在试件两端及中部选择三个截面，每个截面用游标卡尺分

别相互垂直各测一次直径，取其三点平均值中的最小值作为试件的直径d 0。当低碳钢试件拉断后，用游标卡尺在颈缩段的最小截面处的互相垂直的两个方向各测量一次直径，取其平均值作为试件断口处的最小值d u 。

2）确定计算长度L 0。

在试件中间等粗的细长部分内，量取计算长度L 0（按10倍或5倍试件确定）。然后用记号笔把计算长度L 0分成若干等分（通常是以5mm 或10mm 为一等分）。以便当试件断裂不在中间时进行换算，从而求得比较正确的延伸率。建议使用下列表格表1.1。

五、实验步骤

参见1.3中的Zwick 电子万能试验机操作步骤

六．试验注意事项：

随时注意观察试件在拉伸过程中的形状变化和应力——应变曲线的变化情况。

1）当试件拉伸过程中，当应力——应变曲线出现平台时载荷即到达

屈服阶段，在试件表面可能出现契尔诺夫滑移线。

2）过了屈服阶段后，观察冷作硬化现象。

3）当载荷到达最大值（F m ）时，曲线开始回落下降，密切注意试件形状的变化，此时可看到颈缩现象。

4）试件拉断后，立即停机存盘。打印出所得的拉伸图，取下试件并量度此时的断后标距长度L u （如果试件是断在计算长度之外的作废）和颈缩处的最小直径d u 。量度时将试件的两半接在一起，使其尽量紧贴。

七．试验结果整理和计算：

1）对拉伸曲线的修正。

拉伸曲线得到后，往往在开始处形成如图1-2中所示的不规则的曲线。这是由于试验开始时，握紧器、夹具和试件之间尚未紧密相接。并非完全由于试件变形所致。因此对此曲线要进行修正，即将拉伸图直线部分往下延长，它与横座标相交，交点即为原点。

2）根据拉伸图，找出相应的R eL ，R m 。并求出：

下屈服点

R eL ＝

S F e

强度极限

R m ＝

S F m

3)计算延伸率：

A ＝

⨯-0

L L L u

100%

图1-2

图1-3

试件拉断后的残余变形在整个长度的分布是非均匀的。在颈缩部分大，

而非颈缩部分残余变形小一些（见图

1-4）。

由此看出，断在中间时，试件残余变形最大，延伸率也最大。为了对同一种材料只得出一个相对稳定的值，不因断裂的位置而异，可以将试验所得到的残余变形换算成相当于试件在中间断裂时的“标准数值”此方法叫“断处移中法”（见图1-5）。

例如在图1.5中，其延伸率应换算为

A ＝

00

2L L n m -+100%

其中：m 及n 的小格数目依具体情况而选定。

4) 断面收缩率：

Z ＝

0S S S u

-100% S u ——颈缩处的最小面积。

5) 拉断时颈缩处的实际应力：

R

/

m ＝

u

m

S F

1.2金属材料的压缩试验

图1-4

图1-5