力学参数测试

实验报告

实验名称: 材料的力学参数测试技术

实验一低碳钢拉伸实验

一、实验目的和要求

1. 了解电子万能试验机的工作原理，熟悉其操作规程和正确的使用方法，同时学会正确使用材料力学参数测试软件；

2. 测定低碳钢拉伸试件的上屈服力、下屈服力、强度性能指标、断后伸长率、断面收缩率等参数指标；

3. 观察低碳钢试样在拉伸过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（L

-曲线）了

F∆

解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。

4．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率A，截面收缩率Z。

5．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。

电脑、万能试验机、游标卡尺、试样打点机、打印机、材料参数测试软件，待测试件。

万能试验机：采用夹板式夹头，如图1-1。夹头有螺纹，形状如1-2所示。试件被夹持部分相应也有螺纹。试验时，利用试验机的自动绘图器绘制低碳钢的拉伸图。

图1-1 夹板式夹头图 1-2用于圆形截面试件的夹头

三、拉伸试件

本次金属材料拉伸实验所用的试件形状如图1-3所示。图中工作段长度

l称

为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。

图1-3 低碳钢的拉伸试件

图中L0为标距长度，用于测量拉伸变形，单位为mm。

低碳钢是应用最为广泛的结构材料，其拉伸曲线也较为特殊。当试样伸长达到某一长度时，继续拉伸试样，材料强度反而出现下降现象，并在某一不大的范围内波动，此即所谓的材料屈服现象。

从图1-4中可以看出，对于低碳钢试件，当载荷在弹性极限范围内变化时，拉伸图上相应段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合胡克定律的弹性变形范围。

当载荷增加到上屈服点时，实验力值不变或突然下降到某点，然后在小的范围内摆动，这时变形增加很快，载荷增加很慢，说明材料产生了屈服（或称流动）。与上屈服点相应的应力叫上屈服极限，与下降后的点相应的应力叫下屈服极限，因下屈服极限比较稳定，所以材料的屈服极限一般规定按下屈服极限取值。以下屈服点相对应的载荷值L F e 除以试件的原始截面积A ，即得到低碳钢的屈服极限

Ll

R e ，A F R L L /e e =。

屈服阶段后，试件要承受更大的外力才能继续发生变形，若要使塑性变形加

大，必须增加载荷，达到最大荷载点之前的这一段就称为强化阶段。当载荷达到最大值m F 时，试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。此时记下最大载荷值m F ，用m F 除以试件的原始截面积A ，就得到低碳钢的强度极限m R ，A F R m m /=。在试件发生颈缩后，由于截面积的减小，载荷迅速下降，然后试件断裂。

图1-4 低碳钢拉伸应力应变曲线

铸铁是少数脆性金属材料的代表。铸铁的含碳量比高碳钢的含碳量还高。其应力应变曲线如图1-5所示。铸铁拉伸时只有弹性变形，卸载时应力应变曲线回到原点，但铸铁的应力应变曲线的线性很差，或者说线弹性很短。由于铸铁在断裂前没有塑性变形，自然不会存在屈服和颈缩现象。整个变形很小，几乎没有什么预兆就发生突然断裂。断裂时的载荷

F即为强度极限m R所对应的载荷。

m

图1-5 铸铁拉伸应力-应变曲线

五、实验方法及步骤

1. 试样标距确定：取一根低碳钢棒材试样，利用打点机在试样的平直段均匀打出十一个点，每两点间的距离为10mm，则原始标距

L为100mm；

1-6用划线机将标距10等分

2．初始直径测量：用游标卡尺测量试样的初始直径，为10.06mm；

3. 开机：打开电脑后，运行材料力学参数测试软件，单击“联机”图标，将软件和万能试验机联机；

4. 实验参量设置：在软件的“条件读盘”下拉菜单中进行条件设置：数据文件名设为：低碳钢拉伸曲线试验；输入试样的初始标距和初始直径，分别为

100mm 和10.06mm ；选择“要计算的项目”为：上屈服力，下屈服力，上屈服强度，下屈服强度，最大力，抗拉强度，断面收缩率，断后伸长率；实验速度设为4mm/min ；选择显示的坐标体系中横坐标为“位移（mm ）”，最大值取40mm ，纵坐标为“力（kN ）”，最大值取40 kN ；

5. 装夹试样；

6. 开始实验：实验前要对所有实验显示进行清零，在材料力学参数测试软件中单击“开始实验”。可以看到力在连续加载，“力—位移”曲线也在屏幕上逐渐显示出来。当加载的力达到最大后，可以看到试样变形明显加快，很快试样就被拉断；

7．卸载并取下试样。

8. 断后试样参数确定：利用游标卡尺测得的断后标距u L 为119.16mm 。缩颈最小处相互垂直的两个方向上直径的测量值为6.44mm 和6.40mm 。在软件中输入上述测量值，可得到要求计算的物理量的值。

9. 打印：单击“结果”下拉菜单中的“打印”，可得到试样的拉伸曲线以及要计算的各个物理量。

10. 单击“脱机”图标，完成实验。

六、实验结果处理

拉伸曲线上显示：上屈服力kN F H 925.22e =，下屈服力kN F L 243.18e =，最大力kN F 072.30m =。

则上屈服强度为

)/(2884

/06.101000

925.224

/2

2

2

0mm N d F R eH

eH =⨯⨯=

=

ππ

下屈服强度

)

/2304

/06.101000

243.184

/2

2

2

0mm N d F R eL

eL =⨯⨯=

=

ππ

抗拉强度

MPa

mm N d F R m

m 378)/(3784

/06.101000

072.304

/2

2

2

0==⨯⨯=

=

ππ