金属拉伸实验报告Word格式文档下载.docx

金属拉伸实验报告Word格式文档下载.docx

《金属拉伸实验报告Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属拉伸实验报告Word格式文档下载.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值F

。

在FP的上方附近有一点是Fc，若拉力小于Fc而卸载时，卸载后试样立刻恢复原状，若拉力大于Fc后再卸载，则试件只能部分恢复，保留的残余变形即为

塑性变形，因而F

c

是代表材料弹性极限的力值。

当拉力增加到一定程度时，试验机的示力指针（主动针）开始摆动或停止不动，拉伸图上出现锯齿状或平台，这说明此时试样所受的拉力几乎不变但变形却在继续，这种现象称为材料的屈服。

低碳钢的屈服阶段常呈锯齿状，其上屈服点B′受变形速度及试样形式等因素的影

响较大，而下屈服点B则比较稳定（因此工程

上常以其下屈服点B所对应的力值FeL作为材料

屈服时的力值）。

确定屈服力值时，必须注意观

察读数表盘上测力指针的转动情况，读取测力

图2－3低碳钢的冷作硬化

度盘指针首次回转前指示的最大力FeH（上屈服荷载）和不计初瞬时效应时屈服

阶段中的最小力F

eL

（下屈服荷载）或首次停止转动指示的恒定力F

（下屈服

荷载），将其分别除以试样的原始横截面积（S

）便可得到上屈服强度R

eH

和下

屈服强度R

即

R

eH

=F

/S

eL

屈服阶段过后，虽然变形仍继续增大，但力值也随之增加，拉伸曲线又继续上升，这说明材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称为材料的强化。

在强化阶段内，试样的变形主要是塑性变形，比弹性阶段内试样的变形大得多，

在达到最大力F

m

之前，试样标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓

上升的曲线，这时可明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小。

此最大力F

为材

料的抗拉强度力值，由公式R

即可得到材料的抗拉强度R

如果在材料的强化阶段内卸载后再加载，直到试样拉断，则所得到的曲线如图2－3所示。

卸载时曲线并不沿原拉伸曲线卸回，而是沿近乎平行于弹性阶段的直线卸回，这说明卸载前试样中除了有塑性变形外，还有一部分弹性变形；

卸载后再继续加载，曲线几乎沿卸载路径变化，然后继续强化变形，就像没有卸载一样，这种现象称为材料的冷作硬化。

显然，冷作硬化提高了材料的比例极限和屈服极限，但材料的塑性却相应降低。

当荷载达到最大力F

后，示力指针由最大力F

缓慢回转时，试样上某一部

位开始产生局部伸长和颈缩，在颈缩发生部位，横截面面积急剧缩小，继续拉伸所需的力也迅速减小，拉伸曲线开始下降，直至试样断裂。

此时通过测量试

样断裂后的标距长度L

u

和断口处最小直径d

，计算断后最小截面积（S

），由

计算公式

A

LuL0L0

100%

、

Z

S0S

S0

即可得到试样的断后伸长率A和断面收缩率Z。

2、铸铁（典型的脆性材料）

脆性材料是指断后伸长率A＜5％的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。

而且，大多数脆性材料在拉伸时的应力－应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，也不会出现屈服和颈缩等现象（如图2－2b所示），只有断裂时的应力值——强度极限。

铸铁试样在承受拉力、变形极小时，就达到最大力Fm而突然发生断裂，其

抗拉强度也远小于低碳钢的抗拉强度。

同样，由公式R

即可得到其抗

拉强度R

，而由公式A

L

L

L0

100%则可求得其断后伸长率A。

【实验步骤】

一、低碳钢拉伸试验

1、试样准备：

为了便于观察标距范围内沿轴向的变形情况，用试样分划器或标距仪在试样标距L0范围内每隔5mm刻划一标记点（注意标记刻划不应影响试样断裂），将试样的标距段分成十等份。

用游标卡尺测量标距两端和中间三个横截面处的直径，在每一横截面处沿相互垂直的两个方向各测一次取其平均值，用三个平均值中最小者计算试样的

原始横截面积S

（计算时S

应至少保留四位有效数字）。

2、试验机准备：

根据低碳钢的抗拉强度Rm和试样的原始横截面积S0估计试验所需的最大荷载，并据此选择合适的量程，配上相应的砝码砣，做好试验机的调零（注意：

应消除试验机工作平台的自重）、安装绘图纸笔等准备工作。

3、装夹试样：

先将试样安装在试验机的上夹头内，再移动试验机的下夹头（或工作平台、或试验机横梁）使其达到适当位置，并把试样下端夹紧（注意：

应尽量将试样的夹持段全部夹在夹头内，并且上下要对称。

完成此步操作时切忌在装夹试样时对试样加上了荷载）。

4、装载电子引伸计：

将电子引伸计装载在低碳钢试样上，注意电子引伸计要在比例极限处卸载。

5、进行试验：

开动试验机使之缓慢匀速加载（依据规范要求，在屈服前以6～60MPa/s的速率加载），并注意观察示力指针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象。

当主动针不动或倒退时说明材料开始屈服，记录上屈服点F

（主动针首次回转

前的最大力）和下屈服点F

（屈服过程中不计初始瞬时效应时的最小力或主动

针首次停止转动的恒定力），具体情况如图2－4所示（说明：

前所给出的加载速率是国标中规定的测定上屈服点时应采用的速率，在测定下屈服点时，平行长度内的应变速率应在0.00025～0.0025∕s之间，并应尽可能保持恒定。

如果不能直接控制这一速率，则应固定屈服开始前的应力速率直至屈服阶段完成）。

图2－5移位法测量L

图2－4屈服荷载的确定

根据国标规定，材料屈服过后，试验机的速率应使试样平行长度内的应变速率不超过0.008/s。

在此条件下继续加载，并注意观察主动针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象（强化、冷作硬化和颈缩等现象——在强化阶段的任一位置卸载后再加载进行冷作硬化现象的观察；

此后，待主动针再次停止转动而缓慢回转时，材料进入颈缩阶段，注意观察试样的颈缩现象），直至试样断裂停车。

记录所加的最大荷载Fm（从动针最后停留的位置）。

6、试样断后尺寸测定：

取出试样断体，观察断口情况和位置。

将试样在断裂处紧密对接在一起，

并尽量使其轴线处于同一直线上，测量断后标距L

和颈处的最小直径d

（应沿

相互垂直的两个方向各测一次取其平均值），计算断后最小横截面积S

注意：

在测定L

时，若断口到最临近标距端点的距离不小于1/3L

，则直

接测量标距两端点的距离；

若断口到最临近标距端点的距离小于1/3L

，则按图

2－5所示的移位法测定：

符合图（a）情况的，L

=AC+BC，符合图（b）情况

的，Lu=AC1+BC；

若断口非常靠近试样两端，而其到最临近标距端点的距离还不足两等份，且测得的断后伸长率小于规定值，则试验结果无效，必须重做。

此时应检查试样的质量和夹具的工作状况，以判断是否属于偶然情况。

7、归整实验设备：

取下绘记录图纸，请教师检查试验记录，经认可后清理试验现场和所用仪器设备，并将所用的仪器设备全部恢复原状。

二、铸铁拉伸试验

1、测量试样原始尺寸：

测量方法要求同前，但只用快干墨水或带色涂料标出两标距端点，不用等分标距段。

（要求同前）。

3、安装试样：

（方法同前）。

4、检查试验机工作是否正常：

（检查同前，但勿需试车）。

开动试验机，保持试验机两夹头在力作用下的分离速率使试样平行长度内的应变速率不超过0.008/s的条件下对试样进行缓慢加载，直至试样断裂为止。

停机并记录最大力Fm。

取出试样断体，观察断口情况。

然后将试样在断裂处紧密对接在一起，并

尽量使其轴线处于同一直线上，测量试样断后标距L

（直接用游标卡尺测量标

距两端点的距离）。

取下绘记录图纸，请教师检查试验记录，经认可后清理试验现场和所用仪器设备，并将所使用的仪器设备全部复原。

8、结束试验

2

【实验记录】

表2－1、试样原始尺寸

材料

标距

L0/mm

直径d0/mm

原始横截

面面积

S0/mm

截面I

截面II

截面III

1

平均

低碳钢

100.0

10.00

78.54

铸铁

表2－2、试验数据记录

单位：

KN

上屈服荷载F

下屈服荷载F

屈服荷载F

e

最大荷载F

低碳钢

28.56

25.99

35.87

╱

13.21

表2－3、试样断后尺寸

Lu/mm

断后伸长Lu－L0/mm

断后缩颈处最小直径du/mm

断后最小横截面积Su/mm

24.16

5.700

25.52

10.06

【数据处理】

由实验报告机提供的实验数据，有低碳钢和铸铁上屈服强度，下屈服强度，抗拉强度，计算公式如下：

低碳钢的上屈服强度：

𝑅

=

𝑒

𝐻

𝐴

=

28.56×

10

78.54×

0.3636

𝐺

𝑃

𝑎

低碳钢的下屈服强度：

𝐿

25.99×

=0.3309𝐺

低碳钢的抗拉强度：

𝑚

35.87×

=0.4567𝐺

低碳钢的断后伸长率：

𝛿

‒𝐿

×

100%=×

100%=24.16%

100.00

低碳钢的断面收缩率：

Ψ=

‒𝐴

100%=

78.54‒25.52

100%=67.51%

铸铁的抗拉强度：

13.21×

=0.1682𝐺

铸铁的断后伸长率：

100%=10.06%

低碳钢的端口发生在第五格和第六格之间，符合实验要求故实验数据处理结果如下表：

上屈服强度ReH/GPa

下屈服强度ReL/GPa

抗拉强度

Rm/GPa

断后伸长率

/％

断面收缩率Ψ/％

0.3309

0.4567

67.51

0.1682

绘制σ-ε简图以及端口形状

断口形状：

【实验讨论】

1、什么叫比例试样？

它应满足什么条件？

国家为什么要对试样的形状、尺寸、公差和表面粗糙度等做出相应的规定？

答：

拉力试件分为比例试件和非比例试件。

比例试件的标距长度与横截面积之间具有如下

=𝑘

√𝐴

，常数k通常为5.65和11.3，前者称为短试件，后者称为长试件。

所以，

=10𝑑

00。

因为，试件的形状、尺寸、公差和表面粗糙

度（不同），会对试验数据（结果）产生影响的，因此要做出规定的，使得检测结果标准化。

2、参考试验机自动绘图仪绘出的拉伸图，分析低碳钢试样从加力至断裂的过程可分为哪几个阶段？

相应于每一阶段的拉伸曲线各有什么特点？

主要分四个阶段。

第一个阶段为弹性阶段，即，在拉伸的初始阶段，拉伸与压缩满足正比例关系，这一段的拉伸曲线为直线。

在这个阶段卸除载荷，材料可以恢复变形。

第二阶段为屈服阶段，在应力增加到某一个值的时候，应变有非常明显的增大，在曲线上表示为接近水平线的小锯齿状折线。

第三阶段为强化阶段，即，过屈服阶段后，材料又恢复了

铸铁是脆性材料，试样在拉伸实验中不会发生颈缩现象，故端口为横截面。

铸铁在受拉的同时还受到夹具给试件的力，试件的中部只受到拉应力而根部除了拉应力外还会受到来自夹具的扭转力，故一般端口会在根部。

抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增大拉力，在曲线上表示为缓慢上涨的弧线。

第四阶段为局部变形阶段，此时在试样的某一局部范围发生横截面积迅速减小的现象，此时拉力减小，曲线表示为迅速下降，直至试样被拉断，无拉力作用。

3、为什么不顾试样断口的明显缩小，仍以原始截面积S拉强度Rm呢？

计算低碳钢的抗

4、有材料和直径均相同的长试样和短试样各一个，用它们测得的断后伸长率、断面收缩率、下屈服强度和抗拉强度是否基本相同？

为什么？

材料成分相同，内部组织相同，只有长短不同的话，得出来的数据应该基本相同，因为伸长率和断面收缩率这两个量是表征材料的本质属性，前面的成分组织一样，后面的数据也应该是一样的。

只不过，在实际试验的过程中，由于材料均质以及夹持位置对试验结果的影响，其实验结果会略有不同，只是无实质性的差异。

5、低碳钢试样拉伸断裂时的荷载比最大荷载Fm要小，按公式R=F/S0计算，断裂时的应力比Rm小。

为什么应力减小后试样反而断裂？

因为在拉伸的最后阶段，出现了局部变形，在那个位置发生了颈缩现象，使得颈缩部位横截面面积减小，虽然应力减小了，实际上作用在单位面积上的拉力还是增大的，所以使得试样被拉断。

6、铸铁试样拉伸试验中，断口为何是横截面？

又为何大多在根部？