常温、静荷拉伸破坏实验

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1、材料力学讲义常温、静荷拉伸破坏实验（安排）（全部内容看实验讲义）一、实验原理力学性能是指材料在力或能量作用下所表现的行为。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂，而受力—变形—断裂这一破坏过程是按一定规律进行的。单向拉伸时这一规律可用拉伸曲线，又称拉伸图（曲线或曲线）来描述（实验讲义图1）。材料不同拉伸图也不相同，甚至存在很大差别，这表明它们在强度、刚度、塑性、韧性等方面存在很大的差异，一些常用的力学性能指标如等在拉伸图上都有明确的定义。进行拉伸破坏实验时，首先应把材料制备成标准试样，然后在试验机上进行单向拉伸直至拉断。试验机的自动记录装置可以同步地把拉伸曲线（曲线

2、）精确地记录下来。这条曲线为分析研究材料的力学性能提供了基本依据；有关的力学性能指标可按定义在图上精确地测试。曲线或曲线相比较，由于和消除了几何尺寸的影响，因此更直接地代表材料的力学性能。试样必须按国家标准制备（实验讲义图2）。通常拉伸试样分圆试样和板试样两种。一般拉伸试样由工作部分、过渡部分和夹持部分三部分组成。工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态，其有效工作程度称作标距，分别代表标距部分的直径和面积；过渡部分必须有适当的过渡圆弧以消除应力集中；夹持部分的尺寸、形状必须与试验机夹头的钳口相匹配。试样发生颈缩时，颈缩局部及其影响区的塑性变形在断后伸长率中占很大比重，因

3、此的大小不仅取决于材质而且也取决于的长短，愈短局部变形在中所占的比例愈大，为便于相互比较试样的标距应当标准化，国家标准规定测试断后伸长率应采用比例试样，比例试样的长度有两种规定：10倍直径圆试样：，即；断后伸长率记作。5倍直径圆试样：，即；断后伸长率记作。国家标准推荐使用短比例试样。二、实验设备1．万能材料试验机（含X—Y函数记录仪或自动记录装置）。2．0.02mm游标卡尺三、实验步骤实验上机前5材料力学讲义1．测量低碳钢和铸铁试样的原始直径；在标距中央及两条标距线附近各取一截面进行测量，每截面互垂方向测量两次取其平均值，采用最小截面直径的平均值进行计算。2．测定低碳钢试样的标距。上

4、机实验（实验讲义图3）1．安装试样保证对中，力盘（或放大器）预调平衡。2．安装记录纸，调整曲线的自动记录装置，确定曲线的起始点，落笔。3．开机加载。加载速度一般mm/min。曲线进入强化阶段后允许适当提高加载速度。4．观察曲线的生成过程。在曲线进入强化阶段后进行一次卸载，观察卸载规律和冷作硬化现象，并随时观察试样表面发生的现象如试样屈服后是否有滑移线产生，曲线达到最大值后，观察颈缩现象直至试样断裂。试样断裂后1．取下图纸。2．测量低碳钢试样断口最细部位的直径（互垂方向测两次取其平均值）；将断后试样对接后，测量拉断后试样的标距。3．观察低碳钢、铸铁的断口形貌和组织状态并绘制断口图。四、

5、实验结果整理1．整理拉伸图，修正坐标原点和非材料因素引起的局部不连续，标注相关的刻度和测定的数据、。2．强度指标计算：屈服极限强度极限代表屈服载荷；代表试样的最大载荷；代表试样的原始面积。3．低碳钢塑性指标计算断后伸长率断面收缩率5材料力学讲义断口的位置发生在标距的中段（约的长度），则测试有效。为防止失效可采用补偿法但需提前在试样上做好补偿准备。4．画出低碳钢、铸铁的断口形貌图，说明其特点。5．通过拉伸图描述低碳钢、铸铁的拉伸过程及各阶段的特点，分析比较低碳钢、铸铁的力学性能，完成实验报告（报告要求和格式可参考附表）。五、低碳钢拉伸实验模拟演示（实验讲义图3）低碳钢的拉伸图显示，其拉

6、伸过程明确分四个阶段：1．弹性阶段（OA）外力不超过弹性范围时变形是弹性的曲线是一条直线。在这个范围内卸载试样仍恢复原状不产生残余变形（又称塑性变形）。低碳钢在线弹性范围内服从胡克定律。应力应变的关系为：，比例系数代表曲线直线部分的斜率，称作弹性模量或材料的刚度。2．屈服阶段（AB）载荷超过弹性范围后曲线上出现明显的屈服平台，这时载荷基本不变而变形急剧增加，表明材料暂时失去了抵抗变形的能力，在这一阶段卸载将有不可恢复的残余变形产生。在相应的曲线上，屈服平台的下限值定义为屈服极限，记作。3．强化阶段（BC）超过屈服阶段后曲线又开始上升，表明材料又恢复了抵抗变形的能力，即材料要继续变形，

7、载荷就必须不断增长。与此同时，若试样表面光洁度很高，材料杂质又较少时，在试样表面可以清楚地看到相互交错的滑移线。如果试样在这一阶段卸载（实验讲义图3），载荷将沿平行于弹性阶段的路径回零，弹性变形随之消失，而塑性变形将保留下来。若卸载后重新加载，载荷将沿卸载路径重新上升，曲线上的线弹性范围增大，屈服强度明显提高，塑性变形相应下降，而弹性模量却保持不变，这一现象称作冷作硬化现象是金属材料的一种宝贵性质。在相应的曲线上，强化阶段的最大值定义为材料的强度极限，记作