試驗機測量材料的拉伸力學性能實驗

一、實驗目的
1、了解試驗設備――材料試驗機的構造和工作原理，掌握其操作規程及使用注意事項。
2、測定低碳鋼的屈服極限s σ 、強度極限b σ 、伸長率δ 和斷面收縮率ψ；
3、測定鑄鐵的強度極限b σ ；
4、觀察拉伸過程中的各種現象（彈性階段、屈服階段、強化階段、局部變形階段、斷裂特征等），
并繪制拉伸圖（σ －ε 曲線）；
5、比較塑性材料和脆性材料力學性質特點。
二、實驗設備
1、HY-10080微機控制電子材料試驗機（ 100KN 試驗機）
2、游標卡尺
3、直尺
三、試件
試件一般制成圓形或矩形截面，圓形截面形狀如下圖所示，試件中段用于測量拉伸變形，
此段的長度o l 稱為“標距”。兩端較粗部分是頭部，為裝入試驗機夾頭內部分，試件頭部形狀視
試驗機夾頭要求而定，可制成圓柱形（a）、階梯形（b）、螺紋形（c）。
試件的尺寸和形狀對桿件的強度和變形影響很大，也就影響按其均值表示的材料強度和塑性
指標。為了能正確地比較材料的機械性質，國家對試件尺寸作了標準化規定。據此，對圓截面試
樣，標距為：l = 10d 和l = 5d 。對矩形截面試樣，標距為：l = 11.3 A 和l = 5.65 A
四、實驗原理
將劃好刻度線的標準試件，安裝在試驗機的上下夾頭內。開啟試驗機，由于機械作用便
帶動活動平臺上升。因下夾頭和蝸桿相連，一般固定不動。上夾頭在活動平臺里，當活動平臺上
升時，試件便受到拉力作用，產生拉伸變形。力和變形的大小以及P-ΔL 曲線可以通過試驗機的
配套電腦軟件直接顯示出來。
低碳鋼是典型的塑性材料，試樣依次經過彈性、屈服、強化和局部變形四個階段。
對于低碳鋼試件，在比例極限內，力與變形成線性關系，拉伸圖上OA 是一段斜直線（實際
上試件開始受力時，頭部在夾頭內有一點點滑動，故拉伸圖zui初一段是曲線）此階段稱為彈性階
段。拉伸圖上BC 呈鋸齒形，表示載荷基本不變，變形增加很快，材料失去抵抗變形能力，這一
現象稱為屈服，此階段則稱為屈服階段。試件經過屈服階段后，若要使其繼續伸長，由于材料在
塑性變形過程不斷發生強化，因而試樣中的抗力不斷增長（拉伸圖上CD 曲線）。此階段稱為強
化階段。試樣伸長到一定程度后，荷載讀數反而逐漸降低（拉伸圖上DE 曲線），此時可以看到
試樣某一段內的橫截面面積顯著地收縮，這一現象稱為“縮頸”現象。在試樣繼續伸長的過程中，
由于“縮頸”部分的橫截面面積急劇縮小，因此，荷載讀數反而降低，一直到試樣被拉斷。此階
段稱為局部變形階段。
鑄鐵試件在變形極小時，就達到zui大載荷而突然發生斷裂，這時沒有屈服和頸縮現象，是典
型的脆性材料。
低碳鋼拉伸圖鑄鐵拉伸圖
五、低碳鋼拉伸實驗步驟
1、試件準備在試件的試驗段的左、中、右分別選取三個截面，每個截面沿互相垂直的兩個方
向各測量一次直徑，并取平均值。取這三個截面的zui小平均半徑o d 作為計算橫
截面o A 的依據。在試件的試驗段量取長度為10 o d 的有效部分，并用記號筆做上
標記，該段稱為工作段，其長度稱為標距。
2、安裝試件先將試件安裝在上夾頭上，調節上夾頭使之移動到合適位置，再把試件下端夾在
下夾頭中夾緊。緩慢加載，觀察力的變化情況，以檢查試件是否已夾緊，如有打
滑則需重新安裝。
3、開始實驗開啟試驗機及配套軟件，啟動加載按鈕使試件緩慢勻速加載，隨時觀察軟件界面
顯示拉伸過程中的各個階段的變形特征。直至試件斷裂。（各個階段所要得到的
數據，電腦會自動保存，實驗后可以調用）。
4、實驗結束實驗完畢，儀器設備恢復原狀。測量試件的斷后尺寸，清理現場，檢查實驗記錄
是否齊全，并請指導教師檢查實驗記錄。
六、鑄鐵拉伸實驗步驟
實驗步驟與低碳鋼基本相同，但拉伸圖沒有明顯的四個階段，只有破壞荷載b P ，而且數值較
小，變形也不大。因此加載時速度一定要慢，試件斷裂前沒有任何預兆，斷裂是突然發生的，是
典型的脆性材料。zui后觀察斷口形狀，其斷口形狀與低碳鋼有何不同，請教師檢查試驗記錄。
七、實驗結果處理
1、根據測得的屈服荷載s F 和zui大荷載b F ，計算屈服極限s σ 和強度極限b σ 。
對于低碳鋼
o
s
s A
σ = F
o
b
b A
F σ =
對于鑄鐵等脆性材料，沒有屈服階段只有zui大荷載b F ，因此，對于這一類的脆性材料，通常取總
應變為0.1%時σ －ε 曲線的割線斜率來確定其彈性模量，稱為割線彈性模量。具體方法可以參
照教材第33頁的圖2－21及相關文字。
2、根據拉伸前后試件的標距長度和橫截面面積，計算出試件的伸長率δ 和截面收縮率? 。
即： 1 ×100%
−
=
o
o
l
l l δ 1 ×100%
−
=
o
o
A
A A ?
式中： o l 和1 l 分別為試件斷裂前、后的標距， o A 和1
A 分別為試件斷裂前、后的截面面積。
3、根據實驗原始數據繪制拉伸應力-應變曲線（σ －ε 曲線）。