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1、金属材料力学性能实验报告P1D姓名：班级：学号：成绩：实验名称实验一金属材料静拉伸试验实验设备1）电子拉伸材料试验机一台，型号HY-100802）位移传感器一个；3）刻线机一台；4）游标卡尺把；5）铝合金和20#钢。试样示意图55夹捕位Ji渡部光工作部分图1圆柱形拉伸标准试样示意图试样宏观断口示意图图2铝合金试样常温拉伸断裂图和断口图（和试样中轴线大约成45。角的纤维状断口，几乎没有颈缩，可以知道为切应力达到 极限，发生韧性断裂）F R S图3正火态20#钢常温拉伸断裂图和断口图（可以明显看出，试样在拉断之后在断口附近产生颈缩。断口处可以看出有三个 区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏
2、，有较大的塑性变形；2放射区，表 面较光亮平坦，有较细的放射状条纹；3.剪切唇，轴线成45。角左右的倾斜断口） 原始数据记录表1正火态20#钢试样的初始直径测量数据（单位：mm）左中右平均值9.9010.0010.009.9210.0010.009.9710.0010.009.92表2时效铝合金试样的初始直径测量数据（单位：mm）左中右平均值8.708.728.688.688.708.708.698.648.728.70两试样的初始标距为气50 mm。表3铝合金拉断后标距测量数据记录（单位：mm）ABBCAB+2BC平均12.3223.1658.6458.7924.0217.4658.94测量
3、20#钢拉断后的平均标距为L =69.53 mm,断口的直径平均值为d =6.00 mm。uu测量得到铝合金拉断后的断面直径平均值为7.96mm。数据处理:120#钢正火材料（具有明显物理屈服平台的材料）20#钢正火材料试样的载荷-位移曲线试验结果见图4。（1）由图可得各特征力值及对应的位移值分别为：比例伸长力F二20.6 kN ；p最大力F = 37.2 kN ；m断裂后塑性伸长AL = 21.4 mm ；F（2）由各特征力值计算各强度指标下屈服力F = 24.5 kN ；el断裂载荷F = 27.1 kN ；F断裂后弹性伸长AL = 2.4 mm。e比例强度： R 二 F /S 二4F /
4、（兀d 2）二 4x20.6十兀十9.972GPa=263.9MPapp 0p0下屈服强度： R 二 F / S 二 4x 24.5十9.972GPa=313.8MPaelel 0抗拉强度： R 二 F / S 二 4x 37.2十9.972GPa=476.5MPamm 0断裂强度： R 二 F / S 二 4x 27.1十9.972GPa=347.1MPaFF 0（3）由各特征位移及实验所测数据计算塑性指标（断后伸长率和断面收缩率） 断后伸长率：A二(L -L )/L x100% 二(69.53-50)/50x100% 二39.06%u 00断面收缩率：Z = （S -S ）/S x 100
5、% =（丄兀d2 -兀d2）/（丄兀d2）X100%0 u 0404 u 40=（9.972-6.002）/9.972 x100% = 63.78%2铝合金材料（不具有明显的物理屈服平台）铝合金材料试样常温拉伸实验载荷-位移曲线如图6。由于铝合金材料不具有明显的物理屈服平台，其屈服强度一般采用规定非比例延伸强度R 表示。即在横轴上找应变为0.2%的点，过此点作平行于载荷-位移曲线弹 p 0.2性段的辅助线与载荷-位移曲线相交，相交点即为P力值点。则条件屈服强度R可p 0.2p 0.2由下式计算：R = F / Sp 0.2p 0.20在载荷-位移曲线上，找AL = xL二0.2%x50mm二0
6、.1mm的点，作BM的平行线,0如图6所示，得到F 。p 0.2（1）由图6可得各特征力值分别为:比例伸长力F二19.0 kN ；条件屈服载荷F二25.7 kN ；pp 0.2最大力F = 34.6 kN。m(2) 由各特征力值求得各强度指标为：比例强度：R 二 F /S 二4F /(兀d 2)二4X19.0十兀十8.692GPa=320.3 MPapp0p0条件屈服强度：R二 F/S 二 4F/(兀d 2)二4x25.7十兀十8.692GPa=433.3 MPap 0.2p 0.20p 0.20抗拉强度：R 二 F / S 二 4x 34.6十兀十8.692 GPa=583.4 MPamm
7、0(3) 由所测数据计算塑性指标(断后伸长率和断面收缩率)：断后伸长率：A二(L -L )/L X100% 二(58.79-50)/50x100%二 17.58%u 00断面收缩率：Z = (S -S )/S X100% =(丄兀d2 -丄兀d2)/(丄兀d2)X100%0 u 0404 u 40=(8.692-7.962)/8.692 x100% = 16.10%两种材料的常温拉伸实验数据如下：表4 20#钢正火态试样常温拉伸试验数据表初始截面积So(mm2)初始标距Lo(mm)断后伸长 率 A(%)比例伸长 力 Fp(kN)下屈服力Fel(kN)最大力Fm(kN)断裂力Fp(kN)78.0
8、75039.0620.624.537.227.1断后截面积Su(mm2)断后标距Lu(mm)断面收缩 率 Z(%)比例强度Rp(MPa)下屈服强度Rel(MPa)抗拉强度Rm(MPa)断裂强度R/MPa)28.2769.5363.79263.9313.8476.5347.1表5铝合金试样常温拉伸试验数据表初始截面积So(mm2)初始标距Lo(mm)断后伸长 率 A(%)比例伸长 力 Fp(kN)条件屈服力Fp.2(kN)最大力Fm(kN)59.315017.5819.025.734.6断后截面积Su(mm2)断后标距Lu(mm)断面收缩 率 Z(%)比例强度Rp(MPa)条件屈服强度Fp.2(
9、MPa)抗拉强度Rm(MPa)49.7658.7916.10320.3433.3583.4实验分析：本实验是金属材料的静拉伸实验，分别对铝合金和20#钢进行了拉伸实验。通过 测绘试样的载荷-位移曲线，得到20#钢的屈服强度Rel与抗拉强度Rm和铝合金的条 件屈服强度Rp与抗拉强度Rm,及其二者的塑性指标一一断后延伸率A和断面收缩 率Z。而且通过对拉伸断口的分析，初步对材料的断裂类型有了一定的认识和了解。本实验的拉伸设备是CSS-88100电子万能试验机，它具有很多的特性：高性能的 负荷机架，先进的机械传动机构，适用于金属、非金属、复合材料的拉伸、压缩、弯 曲试验。可对试验数据实时采集、运算处理
10、、实时显示并打印结果报告。程序具有采 集数据、绘制曲线、曲线局部放大或缩小、曲线单显或多条曲线叠加对比、打印预览 及人工有效修订数据等功能。本实验的误差来源主要有:（1）仪器误差：试验机的固有误差以及测量工具的误差；（2）人为误差：游标卡尺读数误差，标距误差，作图误差；（3）计算误差：有效数字保留误差。实验思考题:1. 提高金属材料的屈服强度有哪些方法？使用已学过的专业知识就每种方法各举 一个例子。答：提高金属的方法有：（1）固溶强化：材料表面进行渗碳、渗氮等提高材料的屈服强度。（2）形变强化：汽车外壳采用冲压技术提高强度。（3）沉淀强化和弥散强化：粉末冶金。（4）晶粒细化：材料的高温退火处理，减小晶粒，提高强度。2. 为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率这两个指标来衡量？他们在工程上 有什么实际意义？答：为了确定材料的塑性变形能力以及量化比较其塑性变形能力，而且保证塑性 的度量标准真正反映材料本身的塑性好坏，而不受试样的长度和几何形状的影响，故 米用延伸率和断面收缩率这两个指标来衡量。断后延伸率越大，断面收缩率越大，材 料的塑性就越好，反之相反。而且实验表明：断面收缩率和材料的缺口敏感度有一定 的关系，断面收缩率较低时，材料就对缺口比较敏感。
