拉伸、压缩实验指导书.docx

金属材料的室温拉伸试验[试验目的]1、测定低碳钢的屈服强度REh、R 及 ReL e、抗拉强度Rm、断后伸长率A 和断面收缩率Z 2、测定铸铁的抗拉强度Rm和断后伸长率A3、观看并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象〔包括屈服、强化、冷作硬化和颈缩等现象〕，并绘制拉伸图4、比较低碳钢〔塑性材料〕与铸铁〔脆性材料〕拉伸机械性能的特点[使用设备]万能试验机、游标卡尺、试样分划器或钢筋标距仪[试样]本试验承受经机加工的直径 d =10 mm 的圆形截面比例试样，其是依据国家试验标准的规定进展加工的它有夹持、过渡和平行三局部组成〔见图2－1〕，它的夹持局部稍大，其外形和尺寸应依据试样大小、材料特性、试验目的以及试验机夹具的外形和构造设计，但必需保证轴向的拉伸力其 夹持局部的长度至少应为楔形夹具长度的3/4〔试验机配有各种夹头，对于圆形试样一般承受楔形夹长度，称为原始标距[试验原理]图 2－1 机加工的圆截面拉伸试样板夹头，夹板外表制成凸纹，以便夹牢试样〕机加工带头试样的过渡局部是圆角，与平行局部光滑连接，以保证试样破坏时断口在平行局部平行局部的长度L 按现行国家标准中的规定取cL +d ，L 是试样中部测量变形的o o按我国目前执行的国家 GB/T 228—2023 标准——《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定， 在室温 10℃～35℃的范围内进展试验。

将试样安装在试验机的夹头中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力〔应依据材料性能和试验目确实定拉伸速度〕，直到拉断为止，并利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图〔图 2－2 所示〕应当指出，试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形 ΔL 主要是整个试样〔不只是标距局部〕的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素由于试样开头受力时，头部在夹头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线〔a〕低碳钢拉伸曲线图 〔b〕铸铁拉伸曲线图图 2－2 由试验机绘图装置绘出的拉伸曲线图1、低碳钢〔典型的塑性材料〕当拉力较小时，试样伸长量与力成正比增加，保持直线关系，拉力超过 FP后拉伸曲线将由直变曲保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值F P在 F 的上方四周有一点是 F ，假设拉力小于 F 而卸载时，卸载后试样马上恢复原状，假设拉力大于P c cF 后再卸载，则试件只能局部恢复，保存的剩余变形即为塑性变形，因而 Fc c是代表材料弹性极限的力值当拉力增加到肯定程度时，试验机的示力指针〔主动针〕开头摇摆或停顿不动，拉伸图上消灭 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连续，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，必需留意观看读数表盘上测力指针的转动状况，读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力 F 〔上屈服荷载〕和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小力F 〔下屈服荷载〕或首次停顿转动指eH eL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 和下eL屈服强度R 即0 eH假设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，还有一局部弹性变形；卸载后再连续加载，曲 线几乎沿卸载路径变化，然后连续强化变形，就像没有卸载一样，这种现象称为 材料的冷作硬化明显，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到达最大力 Fm后，示力指针由最大力 Fm缓慢回转时，试样上某一部位开头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，连续拉伸所需的力也快速减小，拉伸曲线开头下降，直至试样断裂。

此时通过测量试样断裂后的标距长度 Lu和断口处最小直径 d ，计算断后最小截ueLRe H= Fe H 0/ SRe L= Fe L 0/ S屈服阶段过后，虽然变形仍连续增大，但力值也随之增加，拉伸曲线又连续上升，这说明材料又恢复了抵抗变形的力量，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，在到达最大力F 之前，m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 =F / Smm m 0即可得到材料的抗拉强度R m图 2－3 低碳钢的冷作硬化面积〔S 〕，由计算公式uu0A = L - LL0´ 100 % 、S - SZ = 0 S u0´ 100 %即可得到试样的断后伸长率A 和断面收缩率Z2、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，其从开头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 会消灭屈服和颈缩等现象〔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、变形微小时，就到达最大力 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 =F / Sm m 0即可得到其抗拉强度 R ，而由公式 A =mLu - L0L´100% 则0可求得其断后伸长率A[试验步骤]一、低碳钢拉伸试验1、试样预备：为了便于观看标距范围内沿轴向的变样子况，用试样分划器或标距仪在试样标距 L0范围内每隔5 mm 刻划一标记点〔留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 应至少保存四0 0位有效数字〕2、试验机预备：依据低碳钢的抗拉强度 Rm和试样的原始横截面积 S0估量试验所需的最大荷载，并据此选择适宜的量程，配上相应的砝码砣，做好试验机的调零〔留意：应消退试验机工作平台的自重〕、安装绘图纸笔等预备工作 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〕使其到达适当位置，并把试样下端夹紧〔留意：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、检查试车：请教师检查以上步骤完成状况，然后启动试验机，预加少许荷载后〔对应的应力不能超过材料 的比例极限〕，卸载回至零点，以检查试验机工作是否正常同时消退试样在夹头中的滑移对绘制拉伸图曲线的影响5、进展试验：开动试验机使之缓慢匀速加载〔依据标准要求，在屈服前以6～60 MPa/s 的速率加载〕，并留意观看示力指针的转动、自动绘图的状况和相应的试验现象当主动针不动或倒退时说明材料开头屈服，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eH eL时的最小力或主动针首次停顿转动的恒定力〕，具体状况如图 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承受的速率，在测定下屈服点时，平行长度内的应变速率应在～∕s 之间，并应尽可能保持恒定假设不能直接掌握这一速率，则应固定屈服开头前的应力速率直至图 2－4 屈服荷载确实定依据国标规定，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s在此条件下连续加载，并留意观看主动针的转动、自动绘图的状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展冷作硬化现象的观看；此后，待主动针再 次停顿转动而缓慢回转时，材料进入颈缩阶段，留意观看试样的颈缩现象〕，直至试样断裂停车。

记录所加的最大荷载F 〔从动针最终停留的位置〕m6、试样断后尺寸测定：取出试样断体，观看断口状况和位置将试样在断裂处严密对接在一起，并尽量使其轴线处于同始终线上，测量断后标距 Lu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〕，u计算断后最小横截面积S u留意：在测定Lu时，假设断口到最接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0屈服阶段完成〕图 2－5 移位法测量 Lu离；假设断口到最接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〕状况0的，L =AC+BC，符合图〔b〕状况的，L =AC +BC；假设断口格外靠近试样两端，而其到最接近标距端u u 1点的距离还缺乏两等份，且测得的断后伸长率小于规定值，则试验结果无效，必需重做此时应检查试样的质量和夹具的工作状况，以推断是否属于偶然状况 7、归整试验设备：卸回油缸中的液压油，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。

2、试验机预备：〔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〕5、进展试验：开动试验机，保持试验机两夹头在力作用下的分别速率使试样平行长度内的应变速率不超过 s 的条件下对试样进展缓慢加载，直至试样断裂为止停机并记录最大力F m6、试样断后尺寸测定：取出试样断体，观看断口状况然后将试样在断裂处严密对接在一起，并尽量使其轴线处于同始终线上，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〕u7、归整试验设备：卸回油缸中的液压油，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、完毕试验：完成全部测量后，将试验数据记录、试验机所绘的曲线图和试验卡片一并交指导教师检查验收、签字认可前方可离开试验室[试验数据记录]〔参考记录表格〕直材 料标 距L /mm01截面 I2径 d /mm0截面 II平均12平均1截面 III2原始横截面面积 S /mm2平均0低碳钢铸 铁100。