拉伸實驗是測定材料力學性能實驗之一

實驗一 拉伸實驗
拉伸實驗是測定材料力學性能的zui基本zui重要的實驗之一。由本實驗所測得的結果，可以說明材料在靜拉伸下的一些性能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規律、材料的彈性、塑性、強度等重要機械性能，這些性能是工程上合理地選用材料和進行強度計算的重要依據。
一、實驗目的要求
1        測定低碳鋼的流動極限 、強度極限 、延伸率 、截面收縮率 和鑄鐵的強度極限 。
2        觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現的現象，繪出外力和變形間的關系曲線（ 曲線）。
3        比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。
二、實驗設備和儀器
材料試驗機、游標卡尺、兩腳標規等
三、拉伸試件
金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度 稱為標距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗機的夾頭內。

為了使實驗測得的結果可以互相比較，試件必須按國家標準做成標準試件，即 或 。
對于一般板的材料拉伸實驗，也應按國家標準做成矩形截面試件。其截面面積和試件標距關系為 或 ， 為標距段內的截面積。
四、實驗方法與步驟
1、低碳鋼的拉伸實驗：
1        試件的準備：在試件中段取標距 或 在標距兩端用腳標規打上沖眼作為標志，用游標卡尺在試件標距范圍內測量中間和兩端三處直徑 （在每處的兩個互相垂直的方向各測一次取其平均值）取zui小值作為計算試件橫截面面積用。
2        試驗機的準備；首先了解材料試驗機的基本構造原理和操作方法，學習試驗機的操作規程。根據低碳鋼的強度極限 及試件的橫截面積，初步估計拉伸試件所需zui大載荷，選擇合適的測力度盤，并配置相應的擺錘，開動機器，將測力指針調到“零點”，然后調整試驗機下夾頭位置，將試件夾裝在夾頭內。
3        進行實驗：試件夾緊后，給試件緩慢均勻加載，用試驗機上自動繪圖裝置，繪出外力 和變形 的關系曲線（ 曲線）如圖所示。從圖中可以看出，當載荷增加到 點時，拉伸圖上 段是直線，表明此階段內載荷與試件的變形成比例關系，即符合虎克定律的彈性變形范圍。當載荷增加到 點時，測力計指針停留不動或突然下降到 點，然后在小的范圍內擺動，這時變形增加很快，載荷增加很慢；這說明材料產生了流動（或者叫屈服）與 點相應的應力叫上流動極限，與 相應的應力叫下流動極限，因下流動極限比較穩定，所以材料的流動極限一般規定按下流動極限取值。以 點相對應的載荷值 除以試件的原始截面積 即得到低碳鋼的流動極限 ， 流動階段后，試件要承受更大的外力，才能繼續發生變形若要使塑性變形加大，必須增加載荷，如圖形中 點至 點這一段為強化階段。當載荷達到zui大值 （ 點）時，試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內，此段發生截面收縮，即出現“頸縮”現象。此時記下zui大載荷值 ，用 除以試件的原始截面積 ，就得到低碳鋼的強度極限 。在試件發生“頸縮”后，由于截面積的減小，載荷迅速下降，到 點試件斷裂。
關閉機器，取下拉斷的試件，將斷裂的試件緊對到一起，用游標卡尺測量出斷裂后試件標距間的長度 ，按下式可計算出低碳鋼的延伸率
。
將斷裂的試件的斷口緊對在一起，用游標卡尺量出斷口（*）處的直徑 ，計算出面積 ；按下式可計算出低碳鋼的截面收縮率 ，


圖1-2                                                圖1-3
從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大，離斷口愈遠則變形愈小，因此測得 的數值與斷口的部位有關。為了統一 值的計算，規定以斷口在標距長度中央的 區段內為準，來測量 的值，若斷口不在 區段內時，需要采用斷口移中的方法進行換算，其方法如下：
設兩標點 到 之間共刻有 格，如圖1-4所示，拉伸前各格之間距離相等，在斷裂試件較長的右段上從鄰近斷口的一個刻線 起，向右取 格，標記為 ，這就相當于把斷口擺在標距中央，再看 點至 點有多少格，就由 點向左取相同的格數，標以記號 ，令 表示 到 的長度，則 的長度中包含的格數等于標距長度內的格數 ，故 。
當斷口非常接近試件兩端，而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時，一般認為實驗結果無效，需要重作實驗。

2、鑄鐵的拉伸實驗：
1        試件的準備：用游標卡尺在試件標距范圍內測量中間和兩端三處直徑 取zui小值計算試件截面面積，根據鑄鐵的強度極限 ，估計拉伸試件的zui大載荷。
2        試驗機的準備；與低碳鋼拉伸實驗相同
3        進行實驗：開動機器，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄zui大載荷 ，觀察自動繪圖裝置上的曲線，如圖1-3所示。將zui大載荷值 除以試件的原始截面積 ，就得到鑄鐵的強度極限 。因為鑄鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂，所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測出。