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实验一拉伸实验拉伸实验是测定材料力学性能的最基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计算的重要依据。一、实验目的要求1)测定低碳钢的流动极限S、强度极限b、延伸率、截面收缩率和铸铁的强度极限b。2)观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（LF曲线）。3)比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。二、实验设备和仪器材料试验机、游标卡尺、两脚标规等三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。ld图1-1为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即dl5或dl10。对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为Al3.11或Al65.5，A为标距段内的截面积。四、实验方法与步骤1、低碳钢的拉伸实验：1)试件的准备：在试件中段取标距dl10或dl5在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)试验机的准备；首先了解材料试验机的基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b及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点”，然后调整试验机下夹头位置，将试件夹装在夹头内。3)进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，用试验机上自动绘图装置，绘出外力F和变形L的关系曲线（LF曲线）如图所示。从图中可以看出，当载荷增加到A点时，拉伸图上OA段是直线，表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，然后在小的范围内摆动，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，因下流动极限比较稳定，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SF除以试件的原始截面积A即得到低碳钢的流动极限S，AFSS流动阶段后，试件要承受更大的外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中C点至D点这一段为强化阶段。当载荷达到最大值bF（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bF，用bF除以试件的原始截面积A，就得到低碳钢的强度极限bAF/bb。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，将断裂的试件紧对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度1l，按下式可计算出低碳钢的延伸率%1001lll。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1d，计算出面积1A；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率，%1001AAALOFBABDEbFSFLOFbF图1-2图1-3从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长不是均匀分布的。离断口愈近变形愈大，离断口愈远则变形愈小，因此测得1l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31区段内为准，来测量l的值，若断口不在31区段内时，需要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：设两标点C到C之间共刻有n格，如图1-4所示，拉伸前各格之间距离相等，在断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线d起，向右取2/n格，标记为a，这就相当于把断口摆在标距中央，再看a点至1C点有多少格，就由a点向左取相同的格数，标以记号b，令L表示C到b的长度，则LL2的长度中包含的格数等于标距长度内的格数n，故LLl21。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。图1-4LLcdbac1断口2、铸铁的拉伸实验：1)试件的准备：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取最小值计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限b，估计拉伸试件的最大载荷。2)试验机的准备；与低碳钢拉伸实验相同3)进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷bF，观察自动绘图装置上的曲线，如图1-3所示。将最大载荷值bF除以试件的原始截面积A，就得到铸铁的强度极限bAF/bb。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。