试验一拉伸试验及弹性模量E的测定

1、实验一 拉伸实验及弹性模量E的测定拉伸实验是测定材料力学性能的最根本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果， 可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、 塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度、变形计算的重要依据。1. 实验目的要求1了解试验设备一一万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用注意 事项。2测定低碳钢的流动极限二s、强度极限二b、延伸率、截面收缩率和铸铁的强度极限；b。3了解低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘制外力和变形间的关系曲线F_.IL 曲线。4比拟低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。5

2、在比例极限内测定低碳钢的弹性模量E。2. 实验设备和仪器液压式万能材料试验机见图1-1、游标卡尺、两脚标规等。油管一一_上平台 下平會J 上夹头下賣头一i柱撩進电机谢一地亘图1-1液压式万能材料试验机结构简图3. 拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形状如图1-2所示。图中工作段长度I称为标距，试件的 拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗局部是为了便于装入试验机的夹头内。图1-1图1-2标准试件为了使实验测得的结果可以互相比拟，试件必须按国家标准做成标准试件，即I =5d或I =10d，本实验采用I =10d的标准试件。4. 实验方法与步骤4.1低碳钢的拉伸实验1在试件中段取标距I =1

3、0d，标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在 试件标距范围内测量中间和两端三处直径 d 在每处的两个互相垂直的方向各测一次取其 平均值取最小值作为计算试件横截面面积用。2了解材料试验机的根本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。根据低碳钢的强度极限二b及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷。开动机器，调整试验机上下夹头位置，将试件夹装在夹头内。3试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，由微机数采软件采集数据，并绘出外力F和变形.L的关系曲线F -丄曲线如图1-3所示。从图中可以看出，当载荷增加到 A点 时，拉伸图上0A段是直线，说明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合虎克定律

4、的弹性变形范围。当载荷增加到B 点时，测力计指针停留不动或突然下降到B点，然后在小的范围内跳动，这时变形增加很快，载荷增加很慢；这说明材料产生了流动或者叫屈服， 与B 点相应的应力叫上流动极限，与B相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比拟稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以B点相对应的载荷值 FS除以试件的原始截面积A即得到低碳钢的流动极限；飞二空。流动阶段后，增加载荷，塑性变形加大。A图1-2中C点至D点这一段为强化阶段。当载荷到达最大值Fb D点时，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Fb,用Fb除以试件的原始截面

5、积 A，就得到低碳钢的强度极限 二b二Fb / A。在试件 发生“颈缩后，由于截面积的减小，载荷迅速下降，到E点试件断裂。关闭机器，取下拉断的试件，将断裂的试件紧对在一起，用游标卡尺测量出断裂后试件图1-3低碳钢拉伸F- 0曲线100%匚从破坏后的低碳钢试件上可以看到,各处的剩余伸长不是均匀分布的。离断口愈近变形、，匕-100%。l将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口细颈处的直径d,，计算出面积A,；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率，图1-4低碳钢拉伸 - 0li示意图在弹性阶段OA上的0仆s-0.8Fs间取n+1个点，设i与i+1点间的荷载增量为 $,变 形增量为 0li，如图1

6、-4所示。比例极限范围内，试件变形厶|二旦，故：EAlFi lA C l)i那么n个Ei的算术平均值E弹性模量:EEin愈大，离断口愈远那么变形愈小，因此测得|1的数值与断口的部位有关。 为了统一：值的计算， 规定以断口在标距长度中央的 1.3区段内为准，来测量I的值，假设断口不在13区段内时，需 要采用断口移中的方法进行换算。当断口非常接近试件两端，而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，一般认为实验结果无效，需要重作实验。4实验结束，仪器设备恢复原状，清理现场，检查实验记录是否齐全，并请指导教 师检查实验记录。4.2铸铁的拉伸实验1用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d取最小值

7、计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限 cb，估计拉伸试件的最大载荷。2安装试件。3开动机器，缓慢均匀加载直到断裂。记录最大载荷Fb，观察数采软件绘制的曲线如图1-5。将最大载荷值 Fb除以试件的原始截面积 A，就得到铸铁的强度极限 二b = Fb / A。 因为铸铁为脆性材料，在变形很小的情况下就会断裂，所以铸铁的延伸率和截面收缩率很小， 很难测出。图1-5铸铁拉伸F-4曲线5. 实验数据记录与处理5.1测定低碳钢的弹性常数表1-1测定低碳钢的弹性模量试验的数据记录与计算试样尺寸：直径d =mm标距| =:mm载荷N变形mm弹性模量N/mm2读数F增量厶耳读数Al增量5 (Al)i计算值EiF

8、1=F2=F3=F4=F5=F6=弹性模量E = Ei ,/5 =5.2测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标表1-2测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算试样尺寸实验数据实验前：屈服载荷Fs =kN标距l =mm最大载荷Fb =kN直径d =mm屈服应力=Fs/ A =MPa实验后：抗拉强度Jb = Fb /A =MPa标距li =mm伸长率5 =们一i / p100% =最小直径di =mm断面收缩率屮=(AAi /AX100%=拉断后的试样草图试样的拉伸图5.3测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标表1-3测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标试验的数据记录与计算试样尺寸实验数据实验前：直径d =mm最大载荷 Fb =kN抗拉强度 0.25MPa而v 0.75MPa的数值化为0.5MPa , 0.75MPa的数值者 那么进为1MPa。2 塑性性能指标伸长率和断面收缩率-：的计算精度要求为0.5%，即：凡v 0.25% 的数值舍去，?0.25%而v 0.75%的数值化为0.5% , 0.75%的数值那