低碳钢拉伸实验报告

1 实验目的

（1）观察低碳钢在拉伸时的各种现象,并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限,强度极限?,延伸率和断面收缩率。

（2）观察低碳钢在轴向拉伸时的各种现象。

（3）观察试样受力和变形两者间的相互关系,并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。

（4）学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。                  

2仪器设备和量具

电子万能试验机，单向引伸计，游标卡尺。

 3试件

实验证明，试件尺寸和形状对实验结果有影响。为了便于比较各种材料的机械性能，国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。根据国家标准，（GB6397-86），将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下：

本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件(图2-1),实验段直径=10mm,标距=100mm。

4实验原理和方法

在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径和标距。实验时，首先将试件安装在实验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量实验段的变形。然后开动实验机，缓慢加载，与实验机相联的微机会自动绘制出载荷-变形曲线（曲线，见图2－3）或应力-应变曲线（曲线，见图2－4），随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：

(1)弹性阶段（ob段）

在拉伸的初始阶段，曲线（oa段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点称为材料的比例极限（），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。 

线性阶段后，曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。

（2）屈服阶段（bc段）

超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（）。

当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成斜纹。这是由于试件的斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。

（3）硬化阶段（ce段）

经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。

若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。

在硬化阶段应力应变曲线存在一最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷。

（4）颈缩阶段（ef段）

试样拉伸达到强度极限之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。

5 实验步骤

 1、准备试件，测量试件的直径，打上明显的标记，并量出试件的标记距离，并取三次测量结果的平均值。在试件中间和两端相互垂直的方向各量两次直径，取六次测量平均值来计算截面面积。

2、依次打开计算机、试验机，并旋转试验机外罩上的旋钮启动试验机。

3、双击桌面上的图标，进入软件操作系统。

4、点击“编辑试验方案”，编辑好试验方案。

       1）力控制，150N/min，终点为27000N；

       2）力控制，150N/min，终点为8000N；

       3）力控制，150N/min，终点为29000N；

       4）力控制，150N/min，终点为8000N；

       5）位移控制，5mm/min，终点为80mm；

5、装夹拉伸试样。通过试验机的“上升”、“下降”按钮把横梁调整到方便装试件的位置，再把上钳口松开，夹紧试样的上端。

6、使横梁下降，当试样能够夹在下钳口时，停止。

7、在实验操作界面上把负荷、峰值、变形、位移清零，夹紧下钳口，然后按下“保载”按钮。

8、装夹引伸计，并检查引伸计是否已正确连接到计算机主机的端口上。

9、点击“开始”按钮，开始实验。当试件即将进入屈服阶段时，屏幕会弹出对话框提示取下引伸计，此时要迅速取下引伸计。因为此后试件将进入屈服阶段，在载荷—变形图上将看到一个很长的波泿形曲线（表明试件处于流塑阶段），应力变化不大，但应变大大增加。如果不取下引伸计，引伸计将被拉坏。在实验过程中，注意观察屈服（流动）、强化，卸载规律、颈缩、断裂等现象。

10、试样拉断后，立即按“停止”按钮。然后点取“保存数据” 按钮，保存试验数据。取下试样，先将两段试件沿断口整齐地对拢，量取并记录拉断后两标距点之间的长度，及断口处最小的直径，并计算断后面积。

11、数据处理。生成实验数据曲线图，使用“遍历”功能记下相关数据。

实验图片

6试验结果处理

记录试件的屈服抗力和最大抗力。试件断裂后，测量断口处的最小直径和标记距离间的距离。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。

            弹性模量         

强度指标： 屈服极限         

             强度极限         

塑性指标： 延伸率           

             断面收缩率       

试件原始尺寸记录

求解结果

                   

7思考题

1、根据实验画出低碳钢的拉伸曲线。

答：如上图。

2、根据实验时发生的现象和实验结果比较低碳钢和铸铁的机械性能有什么不同？

答：低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时会发生屈服，会产生很大的塑性变形，断裂前有明显的颈缩现象，拉断后断口呈凸凹状，而铸铁拉伸时没有屈服现象，变形也不明显，拉断后断口基本沿横截面，较粗糙。

3、低碳钢试样在最大载荷e点不断裂，在载荷下降至f点时反而断裂，为什么？

答：低碳钢在载荷下降至f点时反而断裂，是因为此时实际受载截面已经大大减小，实际应力达到材料所能承受的极限，在最大载荷e点实际应力比f点时小。 

4、冷做硬化阶段为什么上升下降曲线不重合？

答：我们可以明显的看到上升阶段斜率大于下降阶段，而横坐标与从坐标的乘积实际上表示的是是能量，我们知道拉伸阶段是外力做工转化为低碳钢的势能，而下降阶段是势能转化为别的能量，但是在这个过程中能量会损失，比如热能，因此要让低碳钢拉伸到同样位置必须做更多的功，所以曲线不会重合。

第二篇：拉伸实验报告(1)

NANCHANG  UNIVERSITY

实验应力分析

 题    目：      低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验 

学    院：           建筑工程学院          

专    业：                力学            

学    号：           406013614006          

      姓    名：                陈林             

      指导教师：               兰志文            

填表日期：              2014.10.11          

一、实验目的与要求

1.       观察低碳钢的拉伸过程的变形和破坏现象，分析其力学性能。

2.       测绘低碳钢试件的载荷-变形曲线。

3.       测定低碳钢的拉伸屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。

4.       测定低碳钢的弹性模量。

5.       观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象，并对比直接拉断与冷作硬化后再拉断的区别。

二、实验设备和仪器   

1.       微机控制电子万能试验机

2.       电子式引伸计

3.       游标卡尺

三、实验原理与方法

  低碳钢的屈服点，抗拉强度，伸长率，断面收缩率是由拉伸试验测定的。试验采用的圆截面短比例试样按照国家标准（GB/T 228-2002）制成，如图1-1所示。这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异。图中：为试样直径，为试样的标距，并且短比例试样要求。

 图  1-1      

  低碳钢拉伸试验应遵照国家标准（GB/T 228-2002）在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与微机控制电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线（也称为曲线），如图1-2所示。

图  1-2

   低碳钢试样的拉伸曲线（图1-2）分为四个阶段-弹性、屈服、强化、局部变形阶段。如果在强化阶段卸载，曲线会从卸载点开始向下绘出平行于初始加载弹性阶段直线的一条斜直线，表面他服从弹性规律。如若重新加载，曲线将沿此斜直线重新回到卸载点，并从卸载点接续原强化阶段曲线继续向前绘制。此种经过冷拉伸使弹性阶段加长、弹性极限提高，塑性下降的现象，工程中称为冷作硬化现象。与电子万能试验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试样的屈服载荷、最大载荷。

取下试样测量试样断后的最小直径和断后标距，由下述公式

  可计算低碳钢的拉伸屈服点、抗拉强度、伸长率，和断面收缩率。如若实验前将试样的初始直径，初始标距长度等数据输入微型计算机，微型计算机可绘出应力-应变（）曲线，并在实验结束后给出该材料的屈服点，和抗拉强度。

  应当指出，上述所测定的力学性能均为名义值，工程应用较为方便，称为工程应力和工程应变。由于试样受力后其直径和长度都随载荷变化而改变，真实应力和真实应变须用试样瞬时截面积和瞬时标距长度进行计算。注意到试样在屈服前，其直径和标距变化很小，真应力和真应变与工程应力和工程应变差别不大。试样屈服以后，其直径和标距都有较大的改变，此时的真应力与工程应力和工程应变会有较大的差别。

 低碳钢的弹性模量由以下公式计算：

式中为相等的加载等级，为与相对应的变形增量，为引伸计的标距。

四、实验步骤

1.       分别测量两个试样的初始直径和初始标距长度：在试样标距段的两端和中间三处测量试样直径，每处直径取两个相互垂直方向的平均值，做好记录。三处直径的平均值取做试样的初始直径。用游标卡尺测量低碳钢试样的初始标距长度

2.       熟悉微机控制电子万能试验机的操作方法，运行测试应用程序POWERTEST3.0，并开启电子万能试验机电源

3.       依据以往实验资料，在微机电子万能试验机上编辑实验方案，需考虑力加载速度，力控制大小，弹性范围，引伸计拆卸点，卸载方式，实验终止条件等。编辑一套实验方案：低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验。

4.       检查试验机家具是否与试件配套，确定配套后在试验机上装夹低碳钢试样：先用上夹头卡紧试样一端，测试应用程序中荷载项清零，然后下降试验机活动横梁，使试样下端缓慢插入下夹头的V型卡板中，锁紧下夹头。（注意此时荷载项不再为零，因为已有初始荷载，不能再用荷载清零，而是按试验机上控制面板额保护按钮，以消除初始荷载，当荷载项接近零时，按停止按钮。）

5.       在试样的试验段上利用橡皮筋安装引伸计，注意安装后须轻轻拔出引伸计定位销钉。

6.       设置限位挡块，确定实验方案无误后在计算机应用程序界面中单击界面右侧按钮“试验”按钮，开始试验。观测实验曲线变化，以及试样在实验过程中的变形过程。在实验过程中，到达引伸计拆卸点时迅速拆下引伸计。

7.       实验结束后，拆卸试样，用游标卡尺量取破坏后试样的最小直径以及标距长度。

8.       导出实验数据，以备后续数据处理。

9.       结束实验并整理实验现场。

五、试验程序的编制

表 1-1  试验程序的编制方案

六、实验数据及处理

表1-2  直径测量表

表1-3  屈服点和抗拉强度计算表

表1-4  屈服点和抗拉强度计算表

图2.1 低碳钢冷作硬化两次拉伸破坏实验 力-位移 曲线

低碳钢的弹性模量E由以下公式计算：式中：，=50mm，=78.50mm²，      

故低碳钢的弹性模量

    

七、实验注意事项

1.       为避免损伤试验机的卡板与夹头，应注意装卡试样时，横梁移动速度要慢，使试样上端缓慢插入上夹头的V形卡板中，不要顶撞卡板顶部；试样上端不要装卡过长，以免顶撞夹头内部装配卡板用的平台。

2.       为保证实验顺利进行，试验要读取正确的试验条件，严禁随意改动计算机的软件配置。

3.       装夹、拆卸引伸计时，要注意插好销钉，实验时要注意拔出定位销钉，一面损坏引伸计

4.       实验过程中和实验结束后记得拍照，方便数据的整理。

八、实验结论及思考

    1.本次实验因未能充分了解低碳钢拉伸试验的知识，对试验存在的疑问也未能及时向老师求证，导致在设计实验方案的时候没能设计到位，破坏时目标控制为位移控制30mm，而对比其他组的试验破坏时位移至少达到了33mm，从而导致低碳钢试件只出现颈缩现象试验就终止了，未能拉断试件，无法计算试件伸长率和断面收缩率，进而不能达到试验预期的效果。以后做试验时要做好充分的准备，了解材料的性能，在实验过程中，不懂的及时咨询老师，可以多对比其他组的试验过程看是否出现遗漏的问题。

2.低碳钢拉伸过程中，如果达到强化阶段后进行卸载，卸载后立即再加荷载，则荷载与伸长量间基本上仍然遵循着卸载时的同一直线关系，一直到开始卸载时的荷载为止。再往后则大体上遵循着原来拉伸图的曲线关系。可是我们得到的冷作硬化段的拉伸图显示卸载后和加载时的两条线并没有重合，而是相交了（见图2.1），出现“滞后环”，分析后可知，试件在加、卸载的过程会有能量的损失，而两条线包围的部分的面积刚好就是能量损失的大小。对比其他组的试验，发现他们的试验两条线拟合效果更好，分析他们的试验设计方案，其原因是我们的试验卸载达到了2000N才重新加载，而其他组的试验则是卸载达到了8KN或10KN就已经结束了卸载重新加载了。