(參考資料)材料力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)報(bào)告

中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院專業(yè)：理論與應(yīng)用力學(xué)年級(jí)：2011級(jí)參加人姓名：劉廣、馬鵬程、楊航、羅嘉輝、林澤鵬、劉志豪、林靜榕、劉海峰實(shí)驗(yàn)人姓名：劉廣日期：2012年10月18號(hào)溫度：28°C學(xué)號(hào)：11309018實(shí)驗(yàn)一：低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)以低碳鋼和鑄鐵為代表，了解塑性材料在簡(jiǎn)單拉伸時(shí)的機(jī)械性質(zhì)。它是力學(xué)性能試驗(yàn)中最基本最常用的一個(gè)。一般工廠及工程建設(shè)單位都廣泛利用該實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)材料的機(jī)械性能。試驗(yàn)提供的E，R，R，A和Z等指標(biāo)，是評(píng)定材質(zhì)和進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算的重要eLm依據(jù)。本試驗(yàn)具體要求為：1.了解材料拉伸時(shí)力與變形的關(guān)系，觀察試件破壞現(xiàn)象。2．測(cè)定強(qiáng)度數(shù)據(jù)，如屈服點(diǎn)R，抗拉強(qiáng)度R。eLm定塑性材料的塑性指標(biāo)：拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)率A，截面收縮率Z。3．測(cè)4．比較塑性材料與脆性材料在拉伸時(shí)的機(jī)械性質(zhì)。二：實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備:①微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)型號(hào)SHT5305最大負(fù)荷300kN1臺(tái)②全數(shù)字閉環(huán)測(cè)控系統(tǒng)③電子引伸計(jì)型號(hào)DCS-3001臺(tái)1個(gè)④游標(biāo)卡尺⑤刻度尺0-150mm最小刻度0.02mm0-30cm最小刻度0.5mm⑥橡皮筋2條三、實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，外力必須通過(guò)試樣軸線,以確保材料處于單向應(yīng)力狀態(tài)。一般試驗(yàn)機(jī)都設(shè)有自動(dòng)繪圖裝置，用以記錄試樣的拉伸圖即F-ΔL曲線，形象地體現(xiàn)了材料變形特點(diǎn)以及各階段受力和變形的關(guān)系。但是F-ΔL曲線的定量關(guān)系不僅取決于材質(zhì)而且受試樣幾何尺寸的影響。因此，拉伸圖往往用名義應(yīng)力、應(yīng)變曲線(即R-ε曲線)來(lái)表示：RF——試樣的名義應(yīng)力S0Page1of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)L——試樣的名義應(yīng)變L0S和L分別代表初始條件下的面積和標(biāo)距。R-ε曲線與F-ΔL曲線相似，但消除了幾何00尺寸的影響。因此，能代表材料的屬性。單向拉伸條件下的一些材料的機(jī)械性能指標(biāo)就是在R-ε曲線上定義的。如果試驗(yàn)?zāi)芴峁┮粭l精確的拉伸圖，那么單向拉伸條件下的主要力學(xué)性能指標(biāo)就可精確地測(cè)定。不同性質(zhì)的材料拉伸過(guò)程也不同，其R-ε曲線會(huì)存在很大差異。低碳鋼和鑄鐵是性質(zhì)截然不同的兩種典型材料，它們的拉伸曲線在工程材料中十分典型，掌握它們的拉伸過(guò)程和破壞特點(diǎn)有助于正確、合理地認(rèn)識(shí)和選用材料。低碳鋼具有良好的塑性，由R-ε曲線（圖1-1)可以看出，低碳鋼斷裂前明顯地分成四個(gè)階段：彈性階段（OA)：試件的變形是彈性的。在這個(gè)范圍內(nèi)卸載，試樣仍恢復(fù)原來(lái)的尺寸，沒(méi)有任何殘余變形。習(xí)慣上認(rèn)為材料在彈性范圍內(nèi)服從虎克定律，其應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)檎汝P(guān)系，即RE（1-1）比例系數(shù)E代表直線OA的斜率，稱作材料的彈性模量。屈服（流動(dòng))階段（BC)：R-ε曲線上出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)。這表明材料暫時(shí)喪失抵抗繼續(xù)變形的能力。這時(shí)，應(yīng)力基本上不變化，而變形快速增長(zhǎng)。通常把下屈服點(diǎn)（Bˊ)作為材料屈服極限R。R是材料開(kāi)始進(jìn)入塑性的標(biāo)志。結(jié)構(gòu)、零件的應(yīng)力一旦超過(guò)R，材料就會(huì)屈服，eLeLeL零件就會(huì)因?yàn)檫^(guò)量變形而失效。因此強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)常以屈服極限R作為確定許可應(yīng)力的基礎(chǔ)。eL從屈服階段開(kāi)始，材料的變形包含彈性和塑性兩部分。如果試樣表面光滑，材料雜質(zhì)含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移線。圖1-1試件拉伸圖Page2of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)強(qiáng)化階段（CD)：屈服階段結(jié)束后，R-ε曲線又開(kāi)始上升，材料恢復(fù)了對(duì)繼續(xù)變形的抵抗能力，載荷就必須不斷增長(zhǎng)。如果在這一階段卸載，彈性變形將隨之消失，而塑性變形將永遠(yuǎn)保留下來(lái)。強(qiáng)化階段的卸載路徑與彈性階段平行。卸載后若重新加載，加載線仍與彈性階段平行，但重新加載后，材料的彈性階段加長(zhǎng)、屈服強(qiáng)度明顯提高，而塑性卻相應(yīng)下降。這種現(xiàn)象稱作為形變強(qiáng)化或冷作硬化。冷作硬化是金屬材料極為寶貴的性質(zhì)之一。塑性變形和形變強(qiáng)化二者聯(lián)合，是強(qiáng)化金屬材料的重要手段。例如噴丸，擠壓，冷撥等工藝，就是利用材料的冷作硬化來(lái)提高材料強(qiáng)度的。強(qiáng)化階段的塑性變形是沿軸向均勻分布的。隨塑性變形的增長(zhǎng)，試樣表面的滑移線亦愈趨明顯。D點(diǎn)是R-ε曲線的最高點(diǎn)，定義為材料的強(qiáng)度極限又稱作材料的抗拉強(qiáng)度記作R。對(duì)低碳鋼來(lái)說(shuō)R是材料均勻塑性變形的最大抗力，是材料進(jìn)mm入頸縮階段的標(biāo)志。頸縮階段（DE)：應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限后，塑性變形開(kāi)始在局部進(jìn)行。局部截面急劇收縮，承載面積迅速減少，試樣承受的載荷很快下降，直到斷裂。斷裂時(shí)，試樣的彈性變形消失，塑性變形則遺留在破斷的試樣上。材料的塑性通常用試樣斷裂后的殘余變形來(lái)衡量，單拉時(shí)的塑性指標(biāo)用斷后伸長(zhǎng)率A和斷面收縮率Z來(lái)表示。即LL0100%AuL0SSu100%Z0（1-2）S0L，S分別代表試樣拉斷后的標(biāo)距和斷口的面積。uu低碳鋼頸縮部分的變形在總變形中占很大比重如圖1-2所示。測(cè)試斷后伸長(zhǎng)率時(shí)，頸縮局部及其影響區(qū)的塑性變形都應(yīng)包含在L之內(nèi)。這就要求斷口位置應(yīng)在標(biāo)距的中央附近。若u斷口落在標(biāo)距之外則試驗(yàn)無(wú)效。工程上通常認(rèn)為，材料的斷后伸長(zhǎng)率A>5%屬于韌斷，A<5%則屬于脆斷。韌斷的特征是斷裂前有較大的宏觀塑性變形，斷口形貌是暗灰色纖維狀組織。低碳鋼斷裂時(shí)有很大的塑性變形，斷口為杯狀周邊為45°的剪切唇，斷口組織為暗灰色纖維狀，因此是一種典型的韌狀斷口。鑄鐵是典型的脆性材料，其拉伸曲線如圖1-1（c）所示。其拉伸過(guò)程較低碳鋼簡(jiǎn)單，可近似認(rèn)為是經(jīng)彈性階段直接過(guò)渡到斷裂。其破壞斷口沿橫截面方向，說(shuō)明鑄鐵的斷裂是由拉應(yīng)力引起，其強(qiáng)度指標(biāo)只有R。由拉伸曲線可見(jiàn)，鑄鐵斷后伸長(zhǎng)率甚小，所以鑄鐵常在沒(méi)有m任何預(yù)兆的情況下突然發(fā)生脆斷。因此這類材料若使用不當(dāng)，極易發(fā)生事故。鑄鐵斷口與正應(yīng)力方向垂直，斷面平齊為閃光的結(jié)晶狀組織，是典型的脆狀斷口。Page3of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)多數(shù)工程材料的拉伸曲線介于低碳鋼和鑄鐵之間，常常只有兩個(gè)或三個(gè)階段如圖1-3。但強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的定義和測(cè)試方法基本相同。所以，通過(guò)拉伸破壞試驗(yàn)，分析比較低碳鋼和鑄鐵的拉伸過(guò)程，確定其機(jī)械性能，在機(jī)械性能試驗(yàn)研究中具有典型意義。四：試樣的制備試樣制備是試驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》GB6397-86對(duì)此有詳細(xì)規(guī)定。通常拉伸試樣有比例試件和定標(biāo)準(zhǔn)試件兩種。一般拉伸試樣由三部分組成，即工作部分，過(guò)渡部分和夾持部分（圖1-4）。工作部分必須保持光滑均勻以確保材料表面的單向應(yīng)力狀態(tài)。均勻部分的有效工作長(zhǎng)度L稱做標(biāo)距。d00、S分別代表工作部分的直徑和面積。過(guò)渡部分必須有適當(dāng)?shù)呐_(tái)肩和圓角，以降低應(yīng)力集中，保0持該處不會(huì)斷裂。試樣兩端的夾持部分用以傳遞載荷，其形狀尺寸應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)的鉗口相匹配。R0.8d0L0L圖1-4圓形截面拉伸試件Page4of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)前已述及，頸縮局部及其影響區(qū)的塑性變形在斷后伸長(zhǎng)率中占很大的比重。雖然，同種材料的斷后伸長(zhǎng)率不僅取決于材質(zhì)，而且還取決于試樣的標(biāo)距。試樣愈短、局部變形所占比例愈大，A也就愈大。為了便于相互比較，試樣的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化。按照規(guī)定，測(cè)試斷后伸長(zhǎng)率應(yīng)當(dāng)采用比例試樣。比例試樣的長(zhǎng)度有兩種規(guī)定：10倍直徑圓試樣：L0SL10d,即11.30005倍直徑圓試樣：L5d,即L5.650S000按照上述比例，板試樣也分長(zhǎng)、短兩種：L11.3S0長(zhǎng)試樣：短試樣：0L5.650S0用10倍直徑試樣測(cè)定的斷后伸長(zhǎng)率記做A，用5倍直徑試樣測(cè)定的斷后伸長(zhǎng)率記做Au05標(biāo)準(zhǔn)推薦使用短比例試樣。五：實(shí)驗(yàn)步驟:低碳鋼拉伸:①用游標(biāo)卡尺個(gè)方向各測(cè)一次，取其平均值，并用三個(gè)平均值中最小者積S值。在低碳鋼試件的兩端和中央的三個(gè)截面上測(cè)量直徑，每個(gè)截面在互相垂直的兩作為計(jì)算截面積的直徑d，并計(jì)0算出截面0用刻度尺在低碳鋼試件兩端間取10d0的距離作為原長(zhǎng)度l0，做上標(biāo)記，并平均分成10格，同樣做上標(biāo)記。②打開(kāi)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，先把試件安裝在試驗(yàn)機(jī)的上夾頭內(nèi)，用橡皮筋將電子引伸計(jì)固定在試件標(biāo)記l長(zhǎng)度內(nèi)，再移動(dòng)下夾頭，使其達(dá)到適當(dāng)?shù)奈恢?，此時(shí)清零電腦記錄的所有數(shù)據(jù)后，0把試件下端夾緊。Page5of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)③點(diǎn)擊電腦中表示“開(kāi)始”的箭頭按鈕，開(kāi)始拉伸試驗(yàn)，此間數(shù)據(jù)由電腦記錄。④當(dāng)電腦提示取下引伸計(jì)時(shí)，取下引伸計(jì)。⑤拉斷試圖像，取下斷裂的兩截試件。件后，打印電腦記錄數(shù)據(jù)及⑥用游標(biāo)卡尺測(cè)量上下兩截?cái)嘟乜谔幍慕孛嬷睆剑總€(gè)截面在互相垂直的兩個(gè)方向各測(cè)一次，取其平均值，取最小值作為計(jì)算截面積的直徑d，計(jì)算此時(shí)截面積S，同時(shí)計(jì)算斷面收縮率SS100%。0S0⑦將試件兩截拼合后用刻度尺測(cè)量拉伸后試件長(zhǎng)度，測(cè)量三次取平均值為l，同時(shí)計(jì)算伸長(zhǎng)率ll100%。0l0實(shí)驗(yàn)結(jié)束，收拾好實(shí)驗(yàn)用品。鑄鐵拉伸：①用游標(biāo)卡尺在鑄鐵試件的兩端和中央的三個(gè)截面上測(cè)量直徑，每個(gè)截面在互相垂直的兩個(gè)方向各測(cè)一次，取其平均值，并用三個(gè)平均值中最小者作為計(jì)算截面積的直徑d0，并計(jì)算出截面積S0值。②用刻度尺在鑄鐵試件兩端間取10d0的距離作為原長(zhǎng)度l，做上標(biāo)記。0③打開(kāi)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，先把試件安裝在試驗(yàn)機(jī)的上夾頭內(nèi)，再移動(dòng)下夾頭，使其達(dá)到適當(dāng)?shù)奈恢茫藭r(shí)清零電腦記錄的所有數(shù)據(jù)后，把試件下端夾緊。④點(diǎn)擊電腦中表示“開(kāi)始”的箭頭按鈕，開(kāi)始拉伸試驗(yàn)，此間數(shù)據(jù)由電腦記錄。⑤拉斷試件后，打印電腦記錄數(shù)據(jù)及圖像，取下斷裂的兩截試件。Page6of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)⑥用游標(biāo)卡尺測(cè)量上下兩截?cái)嘟乜谔幍慕孛嬷睆?，每個(gè)截面在互相垂直的兩個(gè)方向各測(cè)一次，取其平均值，取最小值作為計(jì)算截面積的直徑d，計(jì)算此時(shí)截面積S，同時(shí)計(jì)算斷面收縮率SS100%。0S0⑦將試件兩截拼合后用刻度尺測(cè)量拉伸后試件長(zhǎng)度，測(cè)量三次取平均值為l，同時(shí)計(jì)算伸長(zhǎng)率ll100%。0l0⑧實(shí)驗(yàn)結(jié)束，收拾好實(shí)驗(yàn)用品。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：低碳鋼：截面直徑d測(cè)量0位置第一次測(cè)量10.00mm第二次測(cè)量10.00mm上部中部下部10.00mm10.00mm10.00mm10.00mm斷面直徑d位置第一次測(cè)量5.70mm第二次測(cè)量5.70mm上半段下半段5.70mm5.70mm斷裂后長(zhǎng)度l第一次第二次第三次l124.16mm124.16mm124.16mm斷裂處位于由上至下第5格由下至上第6格斷裂上半截呈凸?fàn)钕掳虢爻拾紶頟age7of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)鑄鐵：截面直徑d：0位置第一次測(cè)量第二次測(cè)量10.00mm上部中部下部10.00mm10.00mm10.00mm10.00mm10.00mm斷面直徑d位置第一次測(cè)量10.00mm第二次測(cè)量10.00mm上半段下半段10.00mm10.00mm斷裂后長(zhǎng)度l第一次110.06mm第二次第三次l110.06m110.06m斷裂處距下端a第一次第二次0.92cm六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理1.強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算0.95cmF屈服極限ReLeLS0強(qiáng)度極限RFmSm0屈服載荷F取屈服平臺(tái)的下限值。F取F-ΔL曲線的最大載荷。鑄鐵不存在屈服階段故只記meLR。m2.塑性指標(biāo)的計(jì)算LL0100%u斷后伸長(zhǎng)率AL0Page8of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)SS0SZ斷面收縮率u100%0將自動(dòng)繪圖器繪出的圖形用光滑曲線聯(lián)結(jié)，并延長(zhǎng)直線部分使之交于坐標(biāo)原點(diǎn)。修正后繪方格紙上，并注明比例尺，即方格上每一厘米代表若干載荷和伸長(zhǎng)。繪出低碳鋼和鑄鐵試件試驗(yàn)前后的形狀圖形。低碳鋼：FeH28.56kN上屈服度:ReH0.3638GPa2m2A1022FeH25.99kN下屈服度：ReL=0.33108GPa2m2A1022Fm抗拉強(qiáng)度：Rm=A35.87kN0.45694GPa2m21022LL1L124.161001000100%100%24.16%斷后伸長(zhǎng)率：A=05.7010310222截面收縮率：ψ=A1A220100%100%67.51%A102202鑄鐵：Fm抗拉強(qiáng)度：Rm=A13.21kN0.16828GPa2m21022LL1L110.061001000100%100%10.06%斷后伸長(zhǎng)率：A=0以上數(shù)據(jù)均符合實(shí)驗(yàn)要求。Page9of11中山大學(xué)工學(xué)院、理論與應(yīng)用力學(xué)劉廣編制實(shí)驗(yàn)編號(hào)及題目：實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵拉伸試驗(yàn)《材料力學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?jiān)合担汗W(xué)院姓名：劉廣學(xué)號(hào)：11309018日期：2012年10月18號(hào)低碳鋼和鑄鐵應(yīng)力應(yīng)變曲線見(jiàn)最后附表。低碳鋼端口截面圖如下：鑄鐵截面圖如下：實(shí)驗(yàn)課后思考：1.實(shí)驗(yàn)時(shí)如何觀察低碳鋼的屈服點(diǎn)？測(cè)定時(shí)為何對(duì)加載速度提出要求？答：在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)應(yīng)力超