大连理工大学实验报告学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___指导教师签字：成绩：实验一金属拉伸实验Metal Tensile Test一、实验目的Experiment Objective1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率φ的测定方法。

2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。

3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。

4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。

二、实验概述Experiment Summary金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。

此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。

通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。

在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。

用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。

三、实验用设备The Equipment of Experiment拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。

液压式万能实验机是最常用的一种实验机。

它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。

（一）加载部分The Part of Applied load这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。

其加载方式是液压式的。

在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。

油缸中的工作活塞支持着小横梁。

小横梁和拉杆、工作台组成工作框架，随工作活塞生降。

工作台上方装有承压板和弯曲支架，其下方为钳口座，内装夹持拉伸试样用的上夹头。

下夹头安装在下钳口座中，下钳口座固定在升降丝杆上。

当电动机带动油泵工作时，通过送油阀手轮打开送油阀，油液便从油箱经油管和进入工作油缸，从而推动活塞连同工作框架一起上升。

于是在工作台与大横梁之间就可进行压缩、弯曲等实验，在工作台与下夹头之间就进行拉伸实验。

实验完毕后，关闭送油阀、旋转手轮打开回油阀，则工作油缸中的油液便经油管泄回油箱，工作台下降到原始位置。

（二）测力部分The Part of Measuring Force加载时，油缸中的油液推动工作活塞的力与试样所承受的力随时处于平衡状态。

如果用油管和将工作油缸和测力油缸连同，此油压便推动测力活塞，通过连杆框架使摆锤绕支点转动而抬起。

同时，摆锤上方的推板便推动水平齿杆，使齿轮带动指针旋转。

指针旋转的角度与油压亦即与试样所承受的载荷成正比，因此在测力度盘上便可读出试样受力的量值。

四、试样Sample拉伸试样，通常加工成圆型或矩形截面试样，其平行长度L0等于5d或10d （前者为长试样，后者为短试样），本实验用短试样，即L0=5d。

本实验所用的试样形状尺寸如图1—1所示。

图1－1圆柱形拉伸试样及尺寸五 拉伸性能指标测定方法 The Measuement Method of Tensile Performance Index1、屈服点σS 的测定 The Measuement of Yield Point σS试样在拉伸过程中，载荷不增加或开始降低而试样仍能继续伸长时的恒定最大或最小载荷所对应的应力，分别为屈服点σS ，上屈服点σSU ，下屈服点σSL 。

屈服点可借助于试验机测力度盘的指针或拉伸曲线来确定。

（1）指针法：当测力度盘的指针停止转动的恒定载荷或第一次回转的最小载荷即为所求的屈服载荷P S 。

（2） 图示法：在拉伸曲线上找出屈服平台的恒定负荷或第一次下降的最小载荷，为所求的屈服点载荷P S 。

求出Ps 后，按下式可算出屈服点σS 。

σS =Ps ／Fo （MN ／m 2或Mpa ）图1—2 屈服点负载确定2、屈服强度σ0.2的测定 The Measuement of Yield Strength σ0.2对于拉伸曲线无明显屈服现象的材料，则必须测其屈服强度。

屈服强度为试样在拉伸过程中，规定塑性变形为0.2%时的应力作为条件屈服点，称屈服强度。

（1）图解法：Diagram Method在拉伸曲线上，自弹性直线段与横坐标轴的交点0齐截取一等于残余相对伸长为0.002mm 的距离OA ，再从A 点作平行与弹性直线段的AB 线交于拉伸曲线于B 点。

B 点载荷即为所求的屈服强度载荷P 0.2，其伸长坐标轴放大倍数应不小于50倍（1—4）。

（2）卸力法（引伸计法） The method Unload对试样施加约相当于预期规定残余伸长应力10%的力Px 后，装上引申计，继续施力至2P 。

保持5—10秒，再卸直Po ，记下引申计读数作为条件零点。

从Po 起第一次施力至试样在引申计标距内产生的总伸长为n ×Le ×εr+（1~2）分格。

（Le 为规定残余伸长，即引申计标距与规定残余伸长应为σ0.2所要求的伸长0.2%的积。

εr 为弹性伸长）。

σ0.2=P 0.2／F o3、抗拉强度σb 的测定 The Measuement of Tensile Strength σb实验拉至断裂，从拉伸曲线上确定实验过程的最大力，或从测力度盘上读取最大力。

试样拉伸达到“最大载荷Pb ”以前，伸长在标距范围内均匀分布。

从“最大载荷”开始，试样上产生局部伸长或颈缩现象。

细颈出现后，截面迅速减小。

继续拉伸所需的载荷也变小，直至断裂。

最初对试样加载时，测力指针（主针）即随栽荷的增加而增加。

当载荷达到最大值时，测力指针减少，减少到某一值时，试样断裂，按下式计算。

σb =Pb ／Fo4、伸长率δ的测定 The Measuement of Elongation Rate δ伸长率δ为试样拉断后标距长度的增量与原标距长度的百分比δ=（Lk —Lo/Lo ）×100%Le ：引伸计标距 n ：伸长方法倍数 图1—3 屈服强度负载的确定P O伸长A 0.2% n Le长、短试样的断后伸长率分别为δ5，δ10表示。

试样在拉伸前先将标距部分划分10等份，划上标距，测量断后伸长时，分两种情况。

（1）如断口到邻近标距断点的距离大于（1/3）Lo ，可直接测量断后两点的距离为Lk ；（2）如断口到邻近标距端点小于或等于（1/3）Lo ，要用位移法换算。

如图1—5所示。

先在长段上从断口处O 截取一段OC ，其长度等于1/2或稍大于（不大于一格）1/2标距的总格数；再由C 向断口方向截取一段CD ，令CD 的格数等于C 到邻近标距端点A 的格数CA ；断后BC+CD 的长度便是L K 。

这样，就相当于把CD 移到试样标距的另一端，接到B 处，变为断口在中间。

5、断面收缩率φ的测定 The Measuement of Contraction of cross Sectional Area δ断面收缩率φ为试样拉断后颈缩处横截面积的最大缩减量与原横截面积的百分比，即00100%K F F F -Φ=⨯ 拉断后颈缩处截面积F K 的测定，原形试样在颈缩最小处两个互相垂直方向上测其直径，用两者的算术平均值计算。

六 实验步骤 Experiment Procedure1、用游标卡尺测量原始直径d O （在试样上、中、下段互相垂直的两个方向分别测量）取其最小值。

2、在试样上用划线仪，画出原始标距100mm （中间以10mm 为间隔画点，以备用位移法计算δ）3、根据材料估计本实验的载荷使用量程，选好读数盘。

4、将试样安装在上夹头内，再移动下夹头使之达到适当位置，将试样下端加紧，要求试样夹正，并对准中心，以保证试样轴向受力。

5、打开送油阀，缓慢加载，当测力指针不动或第一次往回转时的最小载荷，就是屈服载荷P S 。

过屈服阶段后，可稍快一些加栽，直至试样断裂，记录下指针指示的断裂前的最大栽荷Pb 。

关闭油门停机，取下试样。

6、断裂试样的测量。

将两段试样尽量对紧在一起，用游标卡尺直接测量或用位移法换算后测量的标距长度L K ，并用游标卡尺在断口最小截面处测量断口直径。

七 实验数据记录与计算 The experimental results1、实验结果加载数据：S P =32.5 KN b P =50.5 KN其中：原始直径L 0为三次测量结果10.02mm 、10.12mm 、10.20mm 的最小值 2、实验数据处理（1） 根据的d 0、d k 求F 0、F K ：2220081.78)2/02.10(14.3)2/(mm d F =⨯==π222180.39)2/12.7(14.3)2/(mm d F K =⨯==π（2）强度指标：屈服极限：MPa F P s s 15.41281.78105.3230=⨯==σ 强度极限：MPa F P b b 42.64081.78105.5030=⨯==σ （3）塑性指标：断面延伸率： %20.27%100505060.63%100)(00=⨯-=⨯-=L L Lk δ 断面收缩率： %51.49%10081.7880.3981.78%100)(00=⨯-=⨯-=F F F K ψ八 思考题 Questions1、退火的低碳钢，中碳钢和高碳钢的屈服现象，在拉伸图上的区别？为什么？答：低碳钢的拉伸图上分为四个阶段：弹性变形阶段、不均匀塑性变形（即屈服现象）、均匀塑性变形和不均匀集中塑性变形（即颈缩）；而中、高碳钢的拉伸图上无明显屈服现象，即由弹性变形阶段、均匀塑性变形和不均匀集中塑性变形（即颈缩）。

原因可能是屈服现象是位错运动和增殖的结果，由于中、高碳钢中第二相的影响较大，阻碍或约束位错的运动，从而使中、高碳钢中屈服现象不明显。

2、碳钢、含碳量与其强度、塑性的关系。

答：碳钢中，在含碳量小于共析成分0.77%时，随含碳量的升高、其强度和硬度增加，塑性下降；而在高于0.77%后，其硬度继续增高，但强度下降，塑性也降低。

大连理工大学实验报告学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___指导教师签字：成绩：实验二缺口拉伸实验The indentation pulls to stretch the experiment一实验目的Experiment the purpose1、了解材料在硬性应力状态和应力集中下的脆化倾向。