金属材料的室温拉伸实验[实验目的]1、测定低碳钢的屈服强度REh 、ReL及Re 、抗拉强度Rm 、断后伸长率A和断面收缩率Z 2、测定铸铁的抗拉强度Rm和断后伸长率A3、观测并分析两种材料在拉伸过程中的多种现象（涉及屈服、强化、冷作硬化和颈缩等现象），并绘制拉伸图4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸机械性能的特点[使用设备]万能实验机、游标卡尺、试样分划器或钢筋标距仪[试样]图2－1 机加工的圆截面拉伸试样本实验采用经机加工的直径d =10 mm的圆形截面比例试样，其是根据国家实验规范的规定进行加工的它有夹持、过渡和平行三部分构成（见图2－1），它的夹持部分稍大，其形状和尺寸应根据试样大小、材料特性、实验目的以及实验机夹具的形状和构造设计，但必须保证轴向的拉伸力其夹持部分的长度至少应为楔形夹具长度的3/4（实验机配有多种夹头，对于圆形试样一般采用楔形夹板夹头，夹板表面制成凸纹，以便夹牢试样）机加工带头试样的过渡部分是圆角，与平行部分光滑连接，以保证试样破坏时断口在平行部分平行部分的长度Lc按现行国标中的规定取Lo+d ，Lo是试样中部测量变形的长度，称为原始标距[实验原理]按国内目前执行的国家GB/T 228—原则——《金属材料 室温拉伸实验措施》的规定，在室温10℃～35℃的范畴内进行实验。
将试样安装在实验机的夹头中，然后开动实验机，使试样受到缓慢增长的拉力（应根据材料性能和实验目的拟定拉伸速度），直到拉断为止，并运用实验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图（图2－2所示）应当指出，实验机自动绘图装置绘出的拉伸变形ΔL重要是整个试样（不只是标距部分）的伸长，还涉及机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素由于试样开始受力时，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a）低碳钢拉伸曲线图 （b）铸铁拉伸曲线图图2－2 由实验机绘图装置绘出的拉伸曲线图1、低碳钢（典型的塑性材料）当拉力较小时，试样伸长量与力成正比增长，保持直线关系，拉力超过FP后拉伸曲线将由直变曲保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值FP 在FP的上方附近有一点是Fc，若拉力不不小于Fc而卸载时，卸载后试样立即恢复原状，若拉力不小于Fc后再卸载，则试件只能部分恢复，保存的残存变形即为塑性变形，因而Fc是代表材料弹性极限的力值图2－3 低碳钢的冷作硬化当拉力增长到一定限度时，实验机的示力指针（积极针）开始摆动或停止不动，拉伸图上浮现锯齿状或平台，这阐明此时试样所受的拉力几乎不变但变形却在继续，这种现象称为材料的屈服。
低碳钢的屈服阶段常呈锯齿状，其上屈服点B′受变形速度及试样形式等因素的影响较大，而下屈服点B则比较稳定（因此工程上常以其下屈服点B所相应的力值FeL作为材料屈服时的力值）拟定屈服力值时，必须注意观测读数表盘上测力指针的转动状况，读取测力度盘指针初次回转前批示的最大力FeH（上屈服荷载）和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小力FeL（下屈服荷载）或初次停止转动批示的恒定力FeL（下屈服荷载），将其分别除以试样的原始横截面积（S0）便可得到上屈服强度ReH和下屈服强度ReL即ReH= FeH/S0 ReL = FeL/S0屈服阶段过后，虽然变形仍继续增大，但力值也随之增长，拉伸曲线又继续上升，这阐明材料又恢复了抵御变形的能力，这种现象称为材料的强化在强化阶段内，试样的变形重要是塑性变形，比弹性阶段内试样的变形大得多，在达到最大力Fm之前，试样标距范畴内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓上升的曲线，这时可明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小此最大力Fm为材料的抗拉强度力值，由公式Rm=Fm/S0 即可得到材料的抗拉强度Rm如果在材料的强化阶段内卸载后再加载，直到试样拉断，则所得到的曲线如图2－3所示。
卸载时曲线并不沿原拉伸曲线卸回，而是沿近乎平行于弹性阶段的直线卸回，这阐明卸载前试样中除了有塑性变形外，尚有一部分弹性变形；卸载后再继续加载，曲线几乎沿卸载途径变化，然后继续强化变形，就像没有卸载同样，这种现象称为材料的冷作硬化显然，冷作硬化提高了材料的比例极限和屈服极限，但材料的塑性却相应减少当荷载达到最大力Fm后，示力指针由最大力Fm缓慢回转时，试样上某一部位开始产生局部伸长和颈缩，在颈缩发生部位，横截面面积急剧缩小，继续拉伸所需的力也迅速减小，拉伸曲线开始下降，直至试样断裂此时通过测量试样断裂后的标距长度Lu和断口处最小直径du，计算断后最小截面积（Su），由计算公式 、 即可得到试样的断后伸长率A和断面收缩率Z2、铸铁（典型的脆性材料）脆性材料是指断后伸长率A＜5％ 的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力－应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，也不会浮现屈服和颈缩等现象（如图2－2b所示），只有断裂时的应力值——强度极限铸铁试样在承受拉力、变形极小时，就达到最大力Fm而忽然发生断裂，其抗拉强度也远不不小于低碳钢的抗拉强度。
同样，由公式Rm=Fm/S0 即可得到其抗拉强度Rm，而由公式 则可求得其断后伸长率A[实验环节]一、低碳钢拉伸实验1、试样准备：为了便于观测标距范畴内沿轴向的变形状况，用试样分划器或标距仪在试样标距L0 范畴内每隔5 mm刻划一标记点（注意标记刻划不应影响试样断裂），将试样的标距段提成十等份 用游标卡尺测量标距两端和中间三个横截面处的直径，在每一横截面处沿互相垂直的两个方向各测一次取其平均值，用三个平均值中最小者计算试样的原始横截面积S0（计算时S0应至少保存四位有效数字）2、实验机准备：根据低碳钢的抗拉强度Rm和试样的原始横截面积S0估计实验所需的最大荷载，并据此选择合适的量程，配上相应的砝码砣，做好实验机的调零（注意：应消除实验机工作平台的自重）、安装绘图纸笔等准备工作3、装夹试样：先将试样安装在实验机的上夹头内，再移动实验机的下夹头（或工作平台、或实验机横梁）使其达到合适位置，并把试样下端夹紧（注意：应尽量将试样的夹持段所有夹在夹头内，并且上下要对称完毕此步操作时切忌在装夹试样时对试样加上了荷载）4、检查试车：请教师检查以上环节完毕状况，然后启动实验机，预加少量荷载后（相应的应力不能超过材料的比例极限），卸载回至零点，以检查实验机工作与否正常。
同步消除试样在夹头中的滑移对绘制拉伸图曲线的影响5、进行实验：开动实验机使之缓慢匀速加载（根据规范规定，在屈服前以6～60 MPa/s的速率加载），并注意观测示力指针的转动、自动绘图的状况和相应的实验现象当积极针不动或倒退时阐明材料开始屈服，记录上屈服点FeH（积极针初次回转前的最大力）和下屈服点FeL（屈服过程中不计初始瞬时效应时的最小力或积极针初次停止转动的恒定力），具体状况如图2－4所示（阐明：前所给出的加载速率是国标中规定的测定上屈服点时应采用的速率，在测定下屈服点时，平行长度内的应变速率应在0.00025～0.0025∕s之间，并应尽量保持恒定如果不能直接控制这一速率，则应固定屈服开始前的应力速率直至屈服阶段完毕）图2－4 屈服荷载的拟定根据国标规定，材料屈服过后，实验机的速率应使试样平行长度内的应变速率不超过0.008/s在此条件下继续加载，并注意观测积极针的转动、自动绘图的状况和相应的实验现象（强化、冷作硬化和颈缩等现象——在强化阶段的任一位置卸载后再加载进行冷作硬化现象的观测；此后，待积极针再次停止转动而缓慢回转时，材料进入颈缩阶段，注意观测试样的颈缩现象），直至试样断裂停车。
记录所加的最大荷载Fm（从动针最后停留的位置）6、试样断后尺寸测定：取出试样断体，观测断口状况和位置将试样在断裂处紧密对接在一起，并尽量使其轴线处在同始终线上，测量断后标距Lu和颈处的最小直径du（应沿互相垂直的两个方向各测一次取其平均值），计算断后最小横截面积Su图2－5 移位法测量Lu注意：在测定Lu时，若断口到最临近标距端点的距离不不不小于1/3L0，则直接测量标距两端点的距离；若断口到最临近标距端点的距离不不小于1/3L0，则按图2－5所示的移位法测定：符合图（a）状况的，Lu=AC+BC，符合图（b）状况的，Lu=AC1+BC；若断口非常接近试样两端，而其到最临近标距端点的距离还局限性两等份，且测得的断后伸长率不不小于规定值，则实验成果无效，必须重做此时应检查试样的质量和夹具的工作状况，以判断与否属于偶尔状况7、归整实验设备：卸回油缸中的液压油，取下绘记录图纸，请教师检查实验记录，经承认后清理实验现场和所用仪器设备，并将所用的仪器设备所有恢复原状二、铸铁拉伸实验1、测量试样原始尺寸：测量措施规定同前，但只用快干墨水或带色涂料标出两标距端点，不用等分标距段2、实验机准备：（规定同前）。
3、安装试样：（措施同前） 4、检查实验机工作与否正常：（检查同前，但勿需试车）5、进行实验：开动实验机，保持实验机两夹头在力作用下的分离速率使试样平行长度内的应变速率不超过0.008/s的条件下对试样进行缓慢加载，直至试样断裂为止停机并记录最大力Fm6、试样断后尺寸测定：取出试样断体，观测断口状况然后将试样在断裂处紧密对接在一起，并尽量使其轴线处在同始终线上，测量试样断后标距Lu（直接用游标卡尺测量标距两端点的距离）7、归整实验设备：卸回油缸中的液压油，取下绘记录图纸，请教师检查实验记录，经承认后清理实验现场和所用仪器设备，并将所使用的仪器设备所有复原8、结束实验：完毕所有测量后，将实验数据记录、实验机所绘的曲线图和实验卡片一并交指引教师检查验收、签字承认后方可离开实验室[实验数据记录]（参照登记表格）表2－1、试样原始尺寸材 料标 距L0/mm直 径 d0/mm原始横截面面积 S0/mm2截面I截面II截面III12平均12平均12平均低碳钢50.00铸 铁50.00 表2－2、实验数据记录 单位：KN材 料上屈服荷载FeH下屈服荷载FeL屈服荷载Fe最大荷载 Fm低 碳 钢铸 铁╱╱╱表2－3、试样断后尺寸材 料标 距Lu/mm断后伸长Lu－L0/mm 断后缩颈处最小直径du/mm断后最小横截面积Su/mm212平均低碳钢铸 铁╱╱╱╱[数据解决]材 料上屈服强度ReH/MPa下屈服强度ReL/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A/％断面收缩率Z/％低碳钢铸 铁╱╱[实验报告规定]1、进行数据解决，求出低碳钢及铸铁的各项力学性能指标。
2、绘出低碳钢及铸铁试样断裂后的形状示意图和σ－ε曲线示意图3、按原则格式写出完整的实验报告（内容一定要完整全面）备注：仪器自动绘制的F－ΔL图必须随报告一起交上（要注明本小组编号）[思考题]1、什么叫比例试样？它应满足什么条件？国家为什么要对试样的形状、尺寸、公差和表面粗糙度等做出相应的规定？2、参照实验机自动绘图仪绘出的拉伸图，分析低碳钢试样从加力至断裂的过程可分。