萬能試驗(yàn)機(jī)測量材料的拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)

提供來源:上海百賀日期：2017年06月08日

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解試驗(yàn)設(shè)備――萬能材料試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造和工作原理，掌握其操作規(guī)程及使用注意事項(xiàng)。

2、測定低碳鋼的屈服限sσ 、強(qiáng)度限bσ 、伸長率δ 和斷面收縮率ψ;

3、測定鑄鐵的強(qiáng)度限bσ ;

4、觀察拉伸過程中的各種現(xiàn)象(彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、局部變形階段、斷裂特征等)，并繪制拉伸圖(σ -ε 曲線);

5、比較塑性材料和脆性材料力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)。

二、試驗(yàn)設(shè)備

電子萬能試驗(yàn)機(jī)

三、式件

試件一般制成圓形或矩形截面，圓形截面形狀如圖所示，試件中段用于測量拉伸變形，此段的長度ol 稱為“標(biāo)距”。兩端較粗部分是頭部，為裝入試驗(yàn)機(jī)夾頭內(nèi)部分，試件頭部形狀視試驗(yàn)機(jī)夾頭要求而定，可制成圓柱形(a)、階梯形(b)、螺紋形(c)。

試件的尺寸和形狀對(duì)桿件的強(qiáng)度和變形影響很大，也就影響按其均值表示的材料強(qiáng)度和塑性指標(biāo)。為了能正確地比較材料的機(jī)械性質(zhì)，國家對(duì)試件尺寸作了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定。據(jù)此，對(duì)圓截面試樣標(biāo)距t:L=10d和L=5d；對(duì)矩形截面試樣標(biāo)距為:L=11.3√A和

四、實(shí)驗(yàn)原理

將劃好刻度線的標(biāo)準(zhǔn)試件，安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭內(nèi)。開啟試驗(yàn)機(jī)，由于機(jī)械作用便帶動(dòng)活動(dòng)平臺(tái)上升。因下夾頭和蝸桿相連，一般固定不動(dòng)。上夾頭在活動(dòng)平臺(tái)里，當(dāng)活動(dòng)平臺(tái)上升時(shí)，試件便受到拉力作用，產(chǎn)生拉伸變形。力和變形的大小以及 P-?L 曲線可以通過試驗(yàn)機(jī)的配套電腦軟件直接顯示出來。

低碳鋼是典型的塑性材料，試樣依次經(jīng)過彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮四個(gè)階段，其中前三個(gè)階段是均勻變形的。

用試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)繪圖器繪出低碳鋼和鑄鐵的拉伸圖(下圖)。于低碳鋼試件，在比例限內(nèi)，力與變形成線性關(guān)系，拉伸圖上OA是一段斜直線(實(shí)際上試件開始受力時(shí)，頭部在夾頭內(nèi)有一點(diǎn)點(diǎn)滑動(dòng)，故拉伸圖初一段是曲線)此階段稱為彈性階段。拉伸圖上BC 呈鋸齒形，表示載荷基本不變，變形增加很快，材料失去抵抗變形能力，這一現(xiàn)象稱為屈服，此階段則稱為屈服階段。試件經(jīng)過屈服階段后，若要使其繼續(xù)伸長，由于材料在塑性變形過程不斷發(fā)生強(qiáng)化，因而試樣中的抗力不斷增長(拉伸圖上CD曲線)。此階段稱為強(qiáng)化階段。試樣伸長到一定程度后，荷載讀數(shù)反而逐漸降低(拉伸圖上DE 曲線)，此時(shí)可以看到試樣某一段內(nèi)的橫截面面積顯著地收縮，這一現(xiàn)象稱為“縮頸”現(xiàn)象。在試樣繼續(xù)伸長的過程中，由于“縮頸”部分的橫截面面積急劇縮小，因此，荷載讀數(shù)反而降低，一直到試樣被拉斷。此階段稱為局部變形階段。

鑄鐵試件在變形小時(shí)，就達(dá)到較大載荷而突然發(fā)生斷裂，這時(shí)沒有屈服和頸縮現(xiàn)象，是典型的脆性材料。

五、低碳鋼拉伸窩椴街琰/p>

1、試件準(zhǔn)備

沿著低碳鋼試件做好標(biāo)距長度記號(hào)，并在標(biāo)距的范圍內(nèi)用游標(biāo)卡尺在標(biāo)距記號(hào)線附近及中間各取一截面，

2、安裝試件

先將試件安裝在下夾頭上，調(diào)節(jié)上夾頭使之移動(dòng)到問飾恢茫侔咽約隙思性諫霞型分屑

3、開始試驗(yàn)

開啟試驗(yàn)機(jī)及配套軟件，啟動(dòng)加載按鈕使試件緩慢勻速加載，隨時(shí)觀察軟件界面顯示拉伸過程中的各個(gè)階段的變形特征。直至試件斷裂。(各個(gè)階段所要得到的數(shù)據(jù)，電腦會(huì)自動(dòng)保存，實(shí)驗(yàn)后可以調(diào)用)。

4、試驗(yàn)結(jié)束

實(shí)驗(yàn)完畢，儀器設(shè)備恢復(fù)原狀，清理現(xiàn)場，檢查實(shí)驗(yàn)記錄是否齊全，并請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查實(shí)驗(yàn)記錄。

六、鑄鐵拉伸試驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟與低碳鋼基p相同，但拉伸圖沒有明顯的四個(gè)階段，只有破壞荷載bP ，而且數(shù)值較小，變形也不大。因此加載時(shí)速度一定要慢，試件斷裂前沒有任何預(yù)兆，斷裂是突然發(fā)生的，是典型的脆性材料觀察斷口形狀，其斷口形狀與低碳鋼有何不同，請(qǐng)教師檢查試驗(yàn)記錄。

七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理

1、根據(jù)測得的屈服荷載 Fs 和較大荷載 Fb ，計(jì)算屈服限σs 和強(qiáng)度限σb 。對(duì)于低碳鋼

鑄鐵脆性材料，沒有屈服階段只有較大荷載Fb ，因此，對(duì)于沒有屈服階段的塑性材料，通常將對(duì)應(yīng)于塑性應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力定w規(guī)定非比例伸長應(yīng)力或屈服強(qiáng)度，并以σp2.0表示。σp2.0數(shù)值的確定方法可以參照

2、根據(jù)拉伸前后試件的標(biāo)距長度和橫截面面積，計(jì)算出試件的伸長率δ 和截面收縮率? 。即

式中:l₀和 l₁分別為試件斷裂前、后的標(biāo)距， Ao 和A1 分別為試件斷裂前、后的截面面積。其中l(wèi)o可用下列方法測量:

① 直測法:如拉斷處到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離大于3/ol時(shí)，可直接測量兩端點(diǎn)間的長度。

② 移位法:如拉斷處到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于3/ol時(shí)，則可按下法確定1l:在長段上從拉斷&O取基本等于短段格數(shù)，得B 點(diǎn)，接著取等于長段所余格數(shù)(偶數(shù)，如圖 a)之半，得C 點(diǎn)，或者取余格數(shù)(奇數(shù)，如圖 b)減 1 與加 1 之半，分別得C 與C′兩點(diǎn)，移位后的l ₁分別為l₁=AO+OB+2BC或l₁=AO+OB+BC+BC'。