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1、实验二材材料的拉拉伸实验验概述常温、静静载下的的轴向拉拉伸试验验是材料料力学试试验中最最基本、应应用最广广泛的试试验。通通过拉伸伸试验，可可以全面面地测定定材料的的力学性性能，如如弹性、塑塑性、强强度、断断裂等力力学性能能指标。这这些性能能指标对对材料力力学的分分析计算算、工程程设计、选选择材料料和新材材料开发发都有及及其重要要的作用用。一、金属属的拉伸伸实验（一）实实验目的的1.测定定低碳钢钢的屈服服强度Rel、抗拉拉强度Rm、断后后延伸率A111.3和断面面收缩率率Z。2.测定定铸铁的的抗拉强强度Rm。3.观察察上述两两种材料料在拉伸伸过程中中的各种种现象，并并绘制拉拉伸图（F曲线）。4.
2、分析析比较低低碳钢和和铸铁的的力学性性能特点点与试样样破坏特特征。（二）实实验原理理依据国标标GB/T 222820002金金属室温温拉伸实实验方法法分别别叙述如如下：1.低碳碳钢试样样。在拉拉伸试验验时，利利用试验验机的自自动绘图图器可绘绘出低碳碳钢的拉拉伸曲线线，见图图1示的FL曲线。图中最初初阶段呈呈曲线，是是由于试试样头部部在夹具具内有滑滑动及试试验机存存在间隙隙等原因因造成的的。分析析时应将将图中的的直线段段延长与与横坐标标相交于于O点，作作为其坐坐标原点点。拉伸伸曲线形形象的描描绘出材材料的变变形特征征及各阶阶段受力力和变形形间的关关系，可可由该图图形的状状态来判判断材料料弹性与与
3、塑性好好坏、断断裂时的的韧性与与脆性程程度以及及不同变变形下的的承载能能力。但但同一种种材料的的拉伸曲曲线会因因试样尺尺寸不同同而各异异。为了了使同一一种材料料不同尺尺寸试样样的拉伸伸过程及及其特性性点便于于比较，以以消除试样样几何尺尺寸的影影响，可可将拉Fa比例伸伸长力；Fc弹性性伸长力力；Fsu上上屈服力力；Fsl下下屈服力力；Fb最最大力；Ff断裂裂力；断裂后后塑性伸伸长；弹性伸伸长；图1碳钢钢拉伸曲曲线伸曲线图图的纵坐坐标（力力F）除以以试样原原始横截截面面积积S0,并将横横坐标（伸伸长L）除以以试样的的原始标标距L0得到的的曲线便便与试样样尺寸无无关，此此曲线称称为应力力应变变曲线或
4、或R曲线，如如图2示。从曲曲线上可可以看出出，它与与拉伸图图曲线相相似，也也同样表表征了材材料力学学性能。拉伸试验验过程分分为四个个阶段，如如图1、图2所示。（1）弹弹性阶段段OC。在此阶阶段中的的OA段拉力和和伸长成成正比关关系，表表明钢材材的应力力与应变变为线性性关系，完完全遵循循虎克定定律，如如图2示。若若当应力力继续增增加到CC点时，应应力和应应变的关关系不再再是线性性关系，但但变形仍仍然是弹弹性的，即即卸除拉拉力后变变形完全全消失。用精密仪器测定其塑性应变约为规定的引伸计标距的0.2所对应的强度值定义为规定非比例延伸强度，它是控制材料在弹性变形范围内工作的有效指标。在工程上有实用价值
5、。比例极极限；弹性极极限；上屈服服点；下屈屈服点；抗拉强强度；断裂应应力；断裂后后的塑性性应变；弹性性应变图2低低碳钢应应力应应变图（2）屈屈服阶段段SK。当应力超超过弹性性极限到到达锯齿齿状曲线线时，示示力盘上上的主针针暂停转转动或开开始回转转并往复复运动，这这时若试试样表面面经过磨磨光，可可看到表表征晶体体滑移的的迹线，大大约与试试样轴线线成45方向。这这种现象象表征试试样在承承受的拉拉力不继继续增加加或稍微微减少的的情况下下变形却却继续伸伸长，称称为材料料的屈服服，其应应力称为为屈服点点（屈服服应力）。示示力盘的的指针首首次回转转前的最最大力（Fsu上屈服力）或不计初始瞬时效应（不计载荷
6、首次下降的最低点）时的最小力(FsL下屈服力)，分别所对应的应力为上、下屈服点。示力盘的主针回转后所指示的最小载荷（第一次下降后的最小载荷）即为屈服载荷Fs。由于上屈服点受变形速度及试样形状等因素的影响，而下屈服点则比较稳定，故工程中一般只定下屈服点。屈服应力是衡量材料强度的一个重要指标。（3）强强化阶段段KE。过了屈服服阶段以以后，试试样材料料因塑性性变形其其内部晶晶体组织织结构重重新得到到了调整整，其抵抵抗变形形的能力力有所增增强，随随着拉力力的增加加，伸长长变形也也随之增增加，拉拉伸曲线线继续上上升。KKE曲线线段称为为强化阶阶段，随随着塑性性变形量量的增大大，材料料的力学学性能发发生变
7、化化，即材材料的变变形抵抗抗力提高高，塑性性降低。在在强化阶阶段卸载载，弹性性变形会会随之消消失，塑塑性变形形将会永永久保留留下来。强强化阶段段的卸载载路径与与弹性阶阶段平行行，卸载载后重新新加载时时，加载载线与弹弹性阶段段平行，重重新加载载后，材材料的比比例极限限明显提提高，而而塑性性性能会相相应下降降。这种种现象叫叫做形变变硬化或或冷作硬硬化。当当拉力增增加，拉拉伸曲线线到达顶顶点E时，示力力盘上的的主针开开始返回回，而副副针所指指的最大大拉力为为Fm，由此此可求得得材料的的抗拉强度度。它也也是材料料强度性性能的重重要指标标。（4）局局部变形形阶段EEG（颈颈缩和断断裂阶段段）。对对于塑性
8、性材料来来说，在在承受拉拉力Fm以前，试试样发生生的变形形各处基基本上是是均匀的的。在达达到Fm以后，变变形主要要集中于于试样的的某一局局部区域域，该处处横截面面面积急急剧减小小，这种种现象即即是“颈缩”现象，此此时拉力力随着下下降，直直至试样样被拉断断，其断断口形状状呈碗状状，如图图3a）所示。试试样拉断断后，弹弹性变形形立即消消失，而而塑性变变形则保保留在拉拉断的试试样上。利利用试样样标距内内的塑性性变形来来计算材材料的断断后延伸伸率A11.3和断面收收缩率Z。图3拉伸伸试样断断口形状状2. 铸铸铁试样样。做拉拉伸试验验时，利利用试验验机的自自动绘图图器绘出出铸铁的的拉伸曲曲线，如如图4示
9、。在在整个拉拉伸过程程中变形形很小，无无屈服、颈颈缩现象象，拉伸伸曲线无无直线段段，可以以近似认认为经弹弹性阶段段直接断断裂，其其断口是是平齐粗粗糙的。如如图3bb所示。图4铸铁铁拉伸图图（三）实实验设备备及测量量仪器1.WEE-3000型液压式式万能材材料试验验机2.游标标卡尺（四）实实验步骤骤1.根据据试样的的形状、尺尺寸和预预计材料料的抗拉拉强度来来估算最最大拉力力，选择择合适的的示力盘盘、摆锤和夹具。2.在试试样的原原始标距距长度LL0范围内内用划线线机等分分10个分格格点，并并确定标标距的端端点，以以便观察察标距范范围内沿沿轴向变变形的情情况和试试样破坏坏后测定定断后延延伸率。3.根
10、据据国标GB/T 222820002金属属室温拉拉伸试验验方法中中的规定定，测定定试样原原始横截截面积。本本次试验验采用圆圆形试样样，应在在标距的的两端及及中间处处的两个个相互垂垂直的方方向上各各测一次次横截面面直径，取取其算术术平均值值，选用用三处测测得的直直径最小小值，并并以此值值计算横横截面面面积。4.将试试样一端端夹于上上钳口，快快速调节节万能试试验机的的夹头位位置，将将示力盘盘指针调调零，并并将自动动绘图装装置调好好。然后后，将试试样另一一端夹于于下钳口口，必须须保持试试样垂直直，并使使试样置置入钳口口足够的的夹持长长度。经经指导教教师检查查后即可可开始试试验。5.加载载试验，在试验
11、过程中，要求均匀缓慢地进行加载。对于低碳钢试样的拉伸试验，要注意观察拉伸过程四个阶段中的各种现象。并记下屈服载荷Fel值，最大载荷Fm值。对于铸铁试样，只需测定其最大载荷Fm值。试样被拉断后立即停机，并取下试样。6.对于于拉断后后的低碳碳钢试样样，要分分别测量量断裂后后的标距距LU和颈缩缩处的最最小直径径dU。按照照国标GB/T222820002中的规规定测定定LU时，将将试样断断裂后的的两段在在断口处处紧密地地对接起起来，直直接测量量原标距距两端的的距离。若若断口处处到最邻邻近标距距端点的的距离小小于1/3L00时，则则需要用用“移位法”来计算算LU。其方方法是：在长段段上从拉拉断处OO取基
12、本本等于短短段格数数得B点，接接着取等等于长段段所余格格数偶数，图图5（a）的一半半，得CC点；或或者取所所余格数数奇数，图图5（b）分别减1与加1的一半半，得CC和C1点。移移位后的的L1分别为为：ABB+2BBC或者者AB+BC+BC11。测定断断面收缩缩率时，在在试样颈颈缩最小小处两个个相互垂垂直的方方向上测测量其直直径d1,取其算算术平均均值作为为d1计算其其断面收收缩率。(a)余余格为偶偶数； (bb)余格格为奇数数图5用移移位法确确定断后后延伸率率（五）实实验结果果处理根据试验验测定数数据，可可分别计计算材料料的强度度指标和和塑性指指标。1.低碳碳钢强度指标标：屈服服强度：（1）抗
13、拉强强度：（2）塑性指标标：断后后延伸率率：（3）断后截面面收缩率率：（4）2.铸铁铁强度指标标：抗拉强强度 :（5）3. 绘绘出拉伸伸过程中中的FL曲线，对对试验中中的各种种现象进进行分析析比较。4、比较较两种材材料拉伸伸力学行行为的差差异。（六）预预习要求求和思考考题1.预习习材料力力学实验验和材料料力学教教材有关关内容，明明确实验验目的和和要求。2.实验验时如何何观察低低碳钢的的屈服点点？测定定时为何何要对加加载速度度提出要要求？3.比较较低碳钢钢拉伸、铸铸铁拉伸伸的断口形形状，分分析其破破坏的力力学原因因。二、高分分子材料料的拉伸伸实验（一）实实验目的的1.测定定高分子子材料的的屈服强
14、强度、断断裂强度度和断裂裂伸长率率，并绘绘制应力力-应变曲曲线；2.观察察聚合物物的拉伸伸特性；3.掌握握高聚物物的静载载拉伸实实验方法法。（二）实实验原理理1.应力力-应变曲曲线本实验是是在一定定的拉伸伸速度下下，于试试样上沿沿纵轴方方向施加加静态拉拉伸载荷荷，以测测定塑料料的力学学性能。拉伸实验验是最常常用的一一种力学学实验，由由实验测测定的应应力-应变曲曲线，可可以得出出评价材材料性能能的屈服服强度（屈），断断裂强度度（断）和断断裂伸长长率（断）等表表征参数数，不同同的聚合合物，不不同的测测定条件件，测得得的应力力-应变曲曲线是不不同的。结晶性高高聚物的的应力-应变曲曲线分三三个区域域如
15、图所所示。（1）OOA段曲线线的起始始部分，近近乎是条条直线，试试样被均均匀拉长长，应变变很小，而而应力增增加很快快，呈普普弹变形形，是由由于分子子的键长长、键角角以及原原子间距距离的改改变所引引起的，其其变形是是可逆的的，应力力与应变变之间服服从虎克克定律，即即=E式中应力，Mpa；应应变。%；E弹弹性模量量，Mpa；A为屈服服点，A点所对对应力叫叫屈服应应力（屈）或屈屈服强度度。（2）BBC段到达达屈服点点A后，试试样突然然在某处处出现一一个或几几个“细颈”现象，出出现细颈颈部分的的本质是是分子在在该处发发生了取取向的结结晶，该该处强度度增大，故故拉伸时时细颈不不会再变变细拉断断，而是是向两端端扩展，直直至整个个试样完完全变细细为止，此此阶段应应力几乎乎不变，而而变形却却增加很很多。（3）CCD段被均匀
