拉伸實驗是測定材料力學(xué)性能實驗之一

實驗一 拉伸實驗
拉伸實驗是測定材料力學(xué)性能的zui基本zui重要的實驗之一。由本實驗所測得的結(jié)果，可以說明材料在靜拉伸下的一些性能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、塑性、強(qiáng)度等重要機(jī)械性能，這些性能是工程上合理地選用材料和進(jìn)行強(qiáng)度計算的重要依據(jù)。
一、實驗?zāi)康囊?BR>1        測定低碳鋼的流動極限 、強(qiáng)度極限 、延伸率 、截面收縮率 和鑄鐵的強(qiáng)度極限 。
2        觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現(xiàn)的現(xiàn)象，繪出外力和變形間的關(guān)系曲線（ 曲線）。
3        比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。
二、實驗設(shè)備和儀器
材料試驗機(jī)、游標(biāo)卡尺、兩腳標(biāo)規(guī)等
三、拉伸試件
金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度 稱為標(biāo)距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗機(jī)的夾頭內(nèi)。

為了使實驗測得的結(jié)果可以互相比較，試件必須按國家標(biāo)準(zhǔn)做成標(biāo)準(zhǔn)試件，即 或 。
對于一般板的材料拉伸實驗，也應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)做成矩形截面試件。其截面面積和試件標(biāo)距關(guān)系為 或 ， 為標(biāo)距段內(nèi)的截面積。
四、實驗方法與步驟
1、低碳鋼的拉伸實驗：
1        試件的準(zhǔn)備：在試件中段取標(biāo)距 或 在標(biāo)距兩端用腳標(biāo)規(guī)打上沖眼作為標(biāo)志，用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑 （在每處的兩個互相垂直的方向各測一次取其平均值）取zui小值作為計算試件橫截面面積用。
2        試驗機(jī)的準(zhǔn)備；首先了解材料試驗機(jī)的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)試驗機(jī)的操作規(guī)程。根據(jù)低碳鋼的強(qiáng)度極限 及試件的橫截面積，初步估計拉伸試件所需zui大載荷，選擇合適的測力度盤，并配置相應(yīng)的擺錘，開動機(jī)器，將測力指針調(diào)到“零點"，然后調(diào)整試驗機(jī)下夾頭位置，將試件夾裝在夾頭內(nèi)。
3        進(jìn)行實驗：試件夾緊后，給試件緩慢均勻加載，用試驗機(jī)上自動繪圖裝置，繪出外力 和變形 的關(guān)系曲線（ 曲線）如圖所示。從圖中可以看出，當(dāng)載荷增加到 點時，拉伸圖上 段是直線，表明此階段內(nèi)載荷與試件的變形成比例關(guān)系，即符合虎克定律的彈性變形范圍。當(dāng)載荷增加到 點時，測力計指針停留不動或突然下降到 點，然后在小的范圍內(nèi)擺動，這時變形增加很快，載荷增加很慢；這說明材料產(chǎn)生了流動（或者叫屈服）與 點相應(yīng)的應(yīng)力叫上流動極限，與 相應(yīng)的應(yīng)力叫下流動極限，因下流動極限比較穩(wěn)定，所以材料的流動極限一般規(guī)定按下流動極限取值。以 點相對應(yīng)的載荷值 除以試件的原始截面積 即得到低碳鋼的流動極限 ， 流動階段后，試件要承受更大的外力，才能繼續(xù)發(fā)生變形若要使塑性變形加大，必須增加載荷，如圖形中 點至 點這一段為強(qiáng)化階段。當(dāng)載荷達(dá)到zui大值 （ 點）時，試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內(nèi)，此段發(fā)生截面收縮，即出現(xiàn)“頸縮"現(xiàn)象。此時記下zui大載荷值 ，用 除以試件的原始截面積 ，就得到低碳鋼的強(qiáng)度極限 。在試件發(fā)生“頸縮"后，由于截面積的減小，載荷迅速下降，到 點試件斷裂。
關(guān)閉機(jī)器，取下拉斷的試件，將斷裂的試件緊對到一起，用游標(biāo)卡尺測量出斷裂后試件標(biāo)距間的長度 ，按下式可計算出低碳鋼的延伸率
。
將斷裂的試件的斷口緊對在一起，用游標(biāo)卡尺量出斷口（*）處的直徑 ，計算出面積 ；按下式可計算出低碳鋼的截面收縮率 ，


圖1-2                                                圖1-3
從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大，離斷口愈遠(yuǎn)則變形愈小，因此測得 的數(shù)值與斷口的部位有關(guān)。為了統(tǒng)一 值的計算，規(guī)定以斷口在標(biāo)距長度中央的 區(qū)段內(nèi)為準(zhǔn)，來測量 的值，若斷口不在 區(qū)段內(nèi)時，需要采用斷口移中的方法進(jìn)行換算，其方法如下：
設(shè)兩標(biāo)點 到 之間共刻有 格，如圖1-4所示，拉伸前各格之間距離相等，在斷裂試件較長的右段上從鄰近斷口的一個刻線 起，向右取 格，標(biāo)記為 ，這就相當(dāng)于把斷口擺在標(biāo)距中央，再看 點至 點有多少格，就由 點向左取相同的格數(shù)，標(biāo)以記號 ，令 表示 到 的長度，則 的長度中包含的格數(shù)等于標(biāo)距長度內(nèi)的格數(shù) ，故 。
當(dāng)斷口非常接近試件兩端，而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時，一般認(rèn)為實驗結(jié)果無效，需要重作實驗。

2、鑄鐵的拉伸實驗：
1        試件的準(zhǔn)備：用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑 取zui小值計算試件截面面積，根據(jù)鑄鐵的強(qiáng)度極限 ，估計拉伸試件的zui大載荷。
2        試驗機(jī)的準(zhǔn)備；與低碳鋼拉伸實驗相同
3        進(jìn)行實驗：開動機(jī)器，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄zui大載荷 ，觀察自動繪圖裝置上的曲線，如圖1-3所示。將zui大載荷值 除以試件的原始截面積 ，就得到鑄鐵的強(qiáng)度極限 。因為鑄鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂，所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測出。