拉伸实验

（一）实验目的

1．测定低碳钢的屈服极限(流动极限)σs，强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ。 2．测定铸铁的强度极限σb。

3．观察拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象）。 4．比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。 （二）实验设备

1．WE-300液压式万能试验机或WDW-3300微机控制电子万能试验机。 2．KJ-20划线仪或样冲、手锤。 3．KL-150mm游标卡尺

4．低碳钢和铸铁标准试件。 （三）实验原理及装置

材料的机械性质σs、σb、δ和ψ是由拉伸实验来确定的。为此，应首先用测试材料制备试件。 试件可制成圆形或矩形截面。圆形截面试件如图1所示。试件中段用于测量拉伸变形，此段的长度l0称为“标距”。两端较粗的部分是头部，为装入试验机夹头中传递拉力之用。试件头部形状可根据试验机夹头的要求而定，可制成圆柱形、阶梯形）或螺纹形。试件两头部之间的均匀段长度l应大于标距l0。

实验表明，试件的尺寸和形状对试验结果具有一定的影响。为了避免这种影响和便于各种材料机械性质的数值能互相比较，所以对试件的尺寸和形状，国家作出统一规定。根据国家标准GB6397-86的规定，拉力试件和非比例试件两种。比例试件是指标距长度与横截面面积间具有下列关系的试件

l0KA0

式中系数K通常为5.65和11.3，前者称为短试件，后者称为长试件。因此，直径为d0的短、长圆形试件的标距长度l0分别等于5d0 、非比例试件的标距与其横截面间无上述一定关系，而是根据制品、10d0 。

（薄板、薄带、细管、细丝、型材等）的尺寸和材料的性质给以规定的平行长度l和标距长度l0 。试验时，可以利用试验机的自动绘图功能绘出低碳钢的拉伸图和铸铁拉伸图。

应当指出，液压式万能试验机上的绘图器所绘出的拉伸变形△l主要是整个试件（不只是标距部分）的伸长，还包括着机器本身的弹性变形和试件在夹头中的滑动等因素。试件开始受力时，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。在电子万能试验机上做出的拉伸变形△l是通过固定在试件上的电子引伸仪测出来的，因为是用皮筋固定的，所以最初一段也不太准确，但比前者要好得多。

对于低碳钢，屈服阶段常呈锯齿形。上屈服点受变形速度和试件形式等因素的影响较大，而下屈服点则比较稳定，故工程上均以下屈服点对应的载荷作为材料屈服时的载荷PS 。确定屈服载荷Ps时，如果在液压试验机上做，必须注意观察读数表盘上测力指针的转动情况，一般规定测力指针回转后所指示的最小载荷为屈服载荷Ps 。

试件拉伸达到最大载荷Pb以前，在标距范围内的变形是均匀的。以最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。细颈出现后，截面迅速减小，继续拉伸所需的载荷也随之变小，直至断裂为止。试件断裂面的两面各成凹凸状。最初在对试件加载时，测力指针随载荷的增加向前转动，同时它又推动从动指针前进。当达到最大载荷Pb时，主力指针开始后退，而从动指针则停留在载荷最大值的刻度上，示出的读数即为最大载荷Pb。

铸铁试件在出现拉力变形很小时，就达到最大载荷而突然发生断裂。它没有屈服和颈缩现象。其强度极限远小于低碳钢的强度极限。 （四）实验步骤

低碳钢试件（在电子万能试验机上做） 1．试件准备

（1）为了便于观察标距范围内沿轴向的变形情况，用划线仪在标距l0=100毫米范围内每隔10毫米

（对长试件）或每隔5毫米（对短试件）刻划一根圆周线，将标距分成十格。

（2）用游标卡尺测量标距两端及中间这三个横截面处的直径，在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方向各量一次取其平均值，作为该截面的直径。用所测得的三个平均值中最小值计算试件的横截面面积A0。计算A0时取三位有效数字。

2．试验机准备

根据低碳钢的强度极限σb和横截面面积A0估计试件的最大载荷。根据最大载荷的大小，选择合适的测力量程。

3．安装试件及进行实验

（1）按住单片机上的F1的同时，用钥匙开机，待密码出现后松开F1键—返回。 （2）操纵遥控盒，使下夹头于合适的位置，把试件放入试验机的上夹头内夹紧。 （3）操纵遥控盒，使下夹头打开并于合适的位置，暂不要夹紧。 （4）打开电脑软件—确定—联机—清零—将试件下端夹紧。

（5）试样录入—开环点右键—试样复制—按向下光标—保存—关闭—找出编号。

（6）参数设置—下一步—下一步（注意前面的选中项）下一步（引伸仪东边是5，西边是10）下一步—关闭—试验开始—屈服后速度可调到10毫米。

（7）拉伸过程中，把应力-位移曲线找出来，待试件断了后，输进假L1—确定—输假d1—确定。 （8）数据管理—选中序号—单击右键—选曲线类型（试验力、位移）—分析—报表—页面设置—选单元项目—报表预览—打印设置—确定。

（9）脱机后把试件拿下，将断裂试件的两段对齐并尽量靠紧，用游标卡尺测量断裂后标距段的真实长度l1；测量两段断口（颈缩）处的真实直径d1，应在每一断口处沿两个互相垂直方向各测量一次，计算其平均值，取其平均计算断口处最小横截面面积A1。

把l1 d1屈服载荷PS、最大载荷Pb都填入表中。

（10）请教师检查实验记录，实验数据一律用表格形式。 铸铁试件（在液压式万能试验机上做） 1．试件准备

用游标卡尺测量标距两端及中间这三个横截面处的直径，在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方量一次取其平均值。用所测得的三个平均值中最小值计算试件的横截面面积A0。计算A0时取三位有效数字。

2．试验机准备

根据低碳钢的强度极限σb和横截面面积A0估计试件的最大载荷。根据最大载荷的大小，选择合适的测力量程。挂上相应的铊

关闭回阀，打开进油阀，使工作台上升5-10毫米，关闭进油阀，使测力指针指零。如果指针不在“零点”，调整右上角螺杆，并调整从动指针使之与主动针靠拢。

3．安装试件

先拉开上夹头，把试件一头夹到上嵌口的中间。再拉开下夹头，按动立柱上的按钮，调整下夹头的高度使试件另一头夹到下嵌口的中间。

4．进行实验

关闭回阀，打开进油阀，打开速度跟踪盘开关，调整进油阀，让主动针速度和速度跟踪盘一样。直至试件断裂为止。关闭进油阀，打开回油阀，记录从动针示出的最大载荷。

5．实验结束

使主动针和从动针都回零，取下试件，把拉断的试件对起来，量出拉断后标距内的长度l1，和断口处的d1，请教师检查试验记录。

将试验机的一切机构复原。

清理实验现场，将借用的仪器归还原处。 （五）实验数据及计算结果 1．试样尺寸 （1）低碳钢

试 验 前 原标距l0（mm） 上 直径d0（mm） 中 下 原截面积A0

（mm2） （2）铸铁

试 验 前 原标距l0（mm） 上 直径d0（mm） 中 下 原截面积A0最小 试 验 后 断后长度l1（mm） 断裂处直径d1（mm） 1 2 平均 最小 试 验 后 断后长度l1（mm） 断裂处直径d1（mm） 1 2 平均 断裂处截面积A1（mm2） 断裂处截面积A1（mm2） （mm2）

2．实验数据及计算结果

（1）材料的强度指标σS 、σb 材 料 低碳钢 屈服载荷РS（KN） 屈服极限σS（MPа） 最大载荷Р（KN） b强 度 极 限σb（MPа） 铸 铁

根据屈服载荷Ps及最大载荷Pb计算屈服极限σs及强度极限σb。 低碳钢

Pss （MPа）

A0Pbb （MPа）

A0

铸 铁

bPb （MPа） A0（2）材料的塑性指标δ、Ψ

根据试件前、后的标距段长度及横截面面积计算延伸率δ及截面收缩率ψ 低碳钢

l1l0100%l0A0A1100%A0%



%

铸铁

l1l0100%l0A0A1100%A0%

%

计算结果保留三位有效数字，并遵守附录Ⅰ的修约规定。三位有效数字以后的数字，按附录Ⅱ的规定处理。

图3-1.1.

若断口不在标距长度中部三分之一区段内，需采用断口移中的办法（即借计算法将断口移至中间），以计算试件拉断后的标距长度l1。采用断口移中法时，试验前要将试件标距等分为十个格。试验后将拉断的试件断口对紧，见图1。以断口O为起点，在长段上取基本等于短段的格数得B点。当长段所余格数为偶数时（图3-1.1a），然后量取长段所余格数的一半得出C点，将BC段长度移到试件左端，则移位后的l1为l1=AB+2BC在长段上取基本等于短段格数得B点后，若长段所余格数为奇数时（图3-1.1b），可在长段上量取所余格数减1之半得C点，再量取所余格数加1之半得C1点，则移位后的l1为l1=AB+BC+BC1

为什么要将断口移中呢？这是因为断口靠近试件两端时，在断裂试件的较短一段上，必将受到试件

头部较粗部分的影响，而降低颈缩部分的局部伸长量，从而使延伸率δ的数值偏小，用断口移中的办法可在一定程度上弥补上述偏差。

当断口非常靠近试件两端，而其与头部的距离等于或小于直径d0的两倍时，实验结果无效，必须重作。

（六）注意事项

1．未经指导教师同意不得开动机器。

2．练习时要严格遵守操作规程。操作者不得擅自离开操纵台。

3．要缓慢均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。卸载时也要用慢速。 4．试件安装必须正确、防止偏斜和夹入部分过短的现象。 5．实验时听见异声或发生任何故障，应立即停车。 （七）思考题

1．试比较低碳钢和铸铁的拉伸机械性质。

2．试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。 3．什么叫比例试件，它应满足什么要求？