试验机测量材料的拉伸力学性能实验

一、实验目的
1、了解试验设备――材料试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用注意事项。
2、测定低碳钢的屈服极限s σ 、强度极限b σ 、伸长率δ 和断面收缩率ψ；
3、测定铸铁的强度极限b σ ；
4、观察拉伸过程中的各种现象（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段、断裂特征等），
并绘制拉伸图（σ －ε 曲线）；
5、比较塑性材料和脆性材料力学性质特点。
二、实验设备
1、HY-10080微机控制电子材料试验机（ 100KN 试验机）
2、游标卡尺
3、直尺
三、试件
试件一般制成圆形或矩形截面，圆形截面形状如下图所示，试件中段用于测量拉伸变形，
此段的长度o l 称为“标距”。两端较粗部分是头部，为装入试验机夹头内部分，试件头部形状视
试验机夹头要求而定，可制成圆柱形（a）、阶梯形（b）、螺纹形（c）。
试件的尺寸和形状对杆件的强度和变形影响很大，也就影响按其均值表示的材料强度和塑性
指标。为了能正确地比较材料的机械性质，国家对试件尺寸作了标准化规定。据此，对圆截面试
样，标距为：l = 10d 和l = 5d 。对矩形截面试样，标距为：l = 11.3 A 和l = 5.65 A
四、实验原理
将划好刻度线的标准试件，安装在试验机的上下夹头内。开启试验机，由于机械作用便
带动活动平台上升。因下夹头和蜗杆相连，一般固定不动。上夹头在活动平台里，当活动平台上
升时，试件便受到拉力作用，产生拉伸变形。力和变形的大小以及P-ΔL 曲线可以通过试验机的
配套电脑软件直接显示出来。
低碳钢是典型的塑性材料，试样依次经过弹性、屈服、强化和局部变形四个阶段。
对于低碳钢试件，在比例极限内，力与变形成线性关系，拉伸图上OA 是一段斜直线（实际
上试件开始受力时，头部在夹头内有一点点滑动，故拉伸图zui初一段是曲线）此阶段称为弹性阶
段。拉伸图上BC 呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这一
现象称为屈服，此阶段则称为屈服阶段。试件经过屈服阶段后，若要使其继续伸长，由于材料在
塑性变形过程不断发生强化，因而试样中的抗力不断增长（拉伸图上CD 曲线）。此阶段称为强
化阶段。试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低（拉伸图上DE 曲线），此时可以看到
试样某一段内的横截面面积显著地收缩，这一现象称为“缩颈”现象。在试样继续伸长的过程中，
由于“缩颈”部分的横截面面积急剧缩小，因此，荷载读数反而降低，一直到试样被拉断。此阶
段称为局部变形阶段。
铸铁试件在变形极小时，就达到zui大载荷而突然发生断裂，这时没有屈服和颈缩现象，是典
型的脆性材料。
低碳钢拉伸图铸铁拉伸图
五、低碳钢拉伸实验步骤
1、试件准备在试件的试验段的左、中、右分别选取三个截面，每个截面沿互相垂直的两个方
向各测量一次直径，并取平均值。取这三个截面的zui小平均半径o d 作为计算横
截面o A 的依据。在试件的试验段量取长度为10 o d 的有效部分，并用记号笔做上
标记，该段称为工作段，其长度称为标距。
2、安装试件先将试件安装在上夹头上，调节上夹头使之移动到合适位置，再把试件下端夹在
下夹头中夹紧。缓慢加载，观察力的变化情况，以检查试件是否已夹紧，如有打
滑则需重新安装。
3、开始实验开启试验机及配套软件，启动加载按钮使试件缓慢匀速加载，随时观察软件界面
显示拉伸过程中的各个阶段的变形特征。直至试件断裂。（各个阶段所要得到的
数据，电脑会自动保存，实验后可以调用）。
4、实验结束实验完毕，仪器设备恢复原状。测量试件的断后尺寸，清理现场，检查实验记录
是否齐全，并请指导教师检查实验记录。
六、铸铁拉伸实验步骤
实验步骤与低碳钢基本相同，但拉伸图没有明显的四个阶段，只有破坏荷载b P ，而且数值较
小，变形也不大。因此加载时速度一定要慢，试件断裂前没有任何预兆，断裂是突然发生的，是
典型的脆性材料。zui后观察断口形状，其断口形状与低碳钢有何不同，请教师检查试验记录。
七、实验结果处理
1、根据测得的屈服荷载s F 和zui大荷载b F ，计算屈服极限s σ 和强度极限b σ 。
对于低碳钢
o
s
s A
σ = F
o
b
b A
F σ =
对于铸铁等脆性材料，没有屈服阶段只有zui大荷载b F ，因此，对于这一类的脆性材料，通常取总
应变为0.1%时σ －ε 曲线的割线斜率来确定其弹性模量，称为割线弹性模量。具体方法可以参
照教材第33页的图2－21及相关文字。
2、根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出试件的伸长率δ 和截面收缩率? 。
即： 1 ×100%
−
=
o
o
l
l l δ 1 ×100%
−
=
o
o
A
A A ?
式中： o l 和1 l 分别为试件断裂前、后的标距， o A 和1
A 分别为试件断裂前、后的截面面积。
3、根据实验原始数据绘制拉伸应力-应变曲线（σ －ε 曲线）。