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实验一低碳钢、铸铁的拉伸实验（常用版）
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实验一低碳钢、铸铁的拉伸实验
拉压实验是材料的力学性能实验中最基本最重要的实验，是工程上广泛使用的测定材料力学性能的方法之一。
一、实验目的：
1、了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。
2、通过实验，观察低碳钢和铸铁在拉伸时的变形规律和破坏现象，并进行比较。
3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和截面收缩率ψ，铸铁拉伸时的强度极限σb。
二、实验设备及试样
1、万能材料试验机
2、游标卡尺
3、钢直尺
4、拉伸试样：

图2.7拉伸试样
由于试样的形状和尺寸对实验结果有一定影响，为便于互相比较，应按统一规定加工成标准试样。图2.7分别表示横截面为圆形和矩形的拉伸试样。L0是测量试样伸长的长度，称为原始标距。按现行国家GB6397-86的规定，拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种。比例试样的标距L0与原始横截面A0的关系规定为
（2.2）
式中系数k的值取为5.65时称为短试样，取为11.3时称为长试样。对直径d0的圆截面短试样，=5d；对长试样，。本实验室采用的是长试样。非比例试样的L0和A0不受上列关系的限制。试样的表面粗糙度应符合国标规定。在图2.7中，尺寸Ｌ称为试样的平行长度，圆截面试样Ｌ不小于Ｌ0＋d0；矩形截面试样Ｌ不小于Ｌ0＋b0/2。为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡，要有足够大的过渡圆弧半径Ｒ。试样头部的形状和尺寸，与试验机的夹具结构有关，图2.7所示适用于楔形夹具。这时，试样头部长度不小于楔形夹具长度的三分之二。
三、实验原理及方法
图2.9低碳钢拉伸时的P-△L曲线
常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验。可用以测定弹性Ｅ和μ，比例极限σp，屈服极限σs（或规定非比例伸长应力），抗拉强度σb，断后伸长率δ和截面收缩率ψ等。这些力学性能指标都是工程设计的重要依据。
1、低碳钢拉伸实验
图2.9
1）、屈服极限σs及抗拉强度σb的测定
对低碳钢拉伸试样加载，当到达屈服阶段时，低碳钢的Ｐ－△Ｌ曲线呈锯齿形（图2.8）。与最高载荷Ｐsu对应的应力称为上屈服点，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。一般将初始瞬时效应以后的最低载荷Ｐsl，除以试样的初始横截面面积Ａ0，作为屈服极限σs，即
σs＝（2.3）
若试验机由示力度盘和指针指示载荷，则在进入屈服阶段后，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，捕捉指针所指的最低载荷Psl。
图2.8低碳钢拉伸时的P-△L曲线
屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了抵抗继续变形的能力（图2.8）。载荷到达最大值Pb时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“缩颈”现象。这时示力度盘的从动针停图2.9
留在Pb不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积Ao除Pb得抗拉强度σb，即
（2.4）
2）伸长率δ及截面收缩率ψ的测定试样的标距原长为Ｌ0，拉断后将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为Ｌ1，断后伸长率应为
δ＝×１００％(2.5)

图2.9断口移中法测L1

断口附近塑性变形最大，所以Ｌ1的量取与断口的部位有关。如断口发生于Ｌ0的两端或在Ｌ0之外，则实验无效，应重做。若断口距Ｌ0的一端的距离小于或等于（图2.9），则按下述断移中法测定Ｌ0。在拉断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得Ｂ点，若剩余格数为偶数（图2.9b），取其中一半得Ｃ点，设ＡＢ长为a，ＢＣ长为b，则Ｌ1＝a＋2b。当长段剩余格数为奇数时（图2.9c），取剩余格数减１后的一半得Ｃ点，加１后的一半得Ｃ1点，设ＡＢ、ＢＣ和ＢＣ1的长度分别为a、b1和b2，则Ｌ1＝a＋b1＋b2。试样拉断后，设缩颈处的最小横截面面积为Ａ1，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算Ａ1，然后按下式计算断面收缩率：
ψ＝×１００％(2.6)
2、铸铁拉伸实验
铸铁属于脆性材料，拉伸过程中，没有屈服和“颈缩”现象，它的Ｐ－△Ｌ曲线近似一条斜直线（如图2.10），本实验我们只测铸铁的抗拉强度极限，所以实验结束后，主动针退回零位，从动针所指示的载荷即是Ｐb，代入式(2.4)计算得出σb。
四、实验步骤
1、测量试样直径在标距Ｌ0的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，再以三个横截面面积中的最小值为Ａ0。
2、试验机准备根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和笔装妥。先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常