金屬拉伸試驗/鑄鐵拉伸試驗方法

*節 金屬拉伸試驗

    一 、實驗目的
    1.觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中的各種現象（包括屈服，強化和頸縮等現象），特別是外力和變形間的關系，并繪制拉伸圖。
    2.測定低碳鋼的屈服極限，強度極限，延伸率和截面收縮率。
    3.測定鑄鐵的強度極限。
    4.觀察斷口，比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和破壞特點。
    二 、實驗設備和儀器
    1.UH5000系列材料實驗機
    2.游標卡尺
    三 、實驗原理
    為了便于比較實驗結果，按國家標準 GB228—76中的有關規定,實驗材料要按上述標準做成比例試件,即
    圓形截面試件    l₀ =10d₀       (長試件)
                   l₀  =5 d₀       (短試件)
    矩形截面試件  l₀ =11.3   (長試件)
                  l₀ =5.65   (短試件)
    式中: l₀ --試件的初始計算長度(即試件的標距);
    --試件的初始截面面積;
    d₀ --試件在標距內的初始直徑
    實驗室里使用的金屬拉伸試件通常制成標準圓形截面試件,如圖3—1所示

    金屬拉伸實驗是測定金屬材料力學性能的一個zui基本的實驗，是了解材料力學性能zui，zui方便的實驗。本試驗主要是測定低碳鋼和鑄鐵在軸向靜載拉伸過程中的力學性能。在試驗過程中，利用實驗機的自動繪圖裝置可繪出低碳鋼的拉伸圖（如圖3—2，a所示）和鑄鐵的拉伸圖（如圖3—2，b所示）。由于試件在開始受力時，其兩端的夾緊部分在試驗機的夾頭內有一定的滑動，故繪出的拉伸圖zui初一段是曲線。

  圖3-2試件拉伸圖

    對于低碳鋼，在確定屈服載荷時，必須注意觀察試件屈服時測力度盤上主動針的轉動情況，規定主動針停止轉動時的恒定載荷或*次回轉的zui小載荷值為屈服載荷，故材料的屈服極限為 
    試件拉伸達到zui大載荷之前，在標距范圍內的變形是均勻的。從zui大載荷開始，試件產生頸縮，截面迅速變細，載荷也隨之減小。因此，測測力度盤上主動針開始回轉，而從動針則停留在zui大載荷的刻度上，給我們指示出zui大載荷，則材料的強度極限為
    試件斷列后，將試件的斷口對齊，測量出斷裂后的標距l₁和斷口處的直徑d₁ ，則材料的延伸率和截面收縮率分別為: 

    式中，l₀ , A₀分別為試驗前的標距和橫截面面積； l₁ , A₁分別為試驗后的標距和斷口處的橫截面面積。
    如果斷口不在試件距中部的三分之一區段內，則應按國家標準規定采用斷口移中法來計算試件拉斷后的標距l₁ 。其具體方法是：試驗前先在試件的標距內，用刻線器刻劃等間距的標點或圓周11個，即將標距長度分為10等份。試驗后將拉斷的試件斷口對齊，如圖3—3所示，以斷口O為起點，在長段上取基本等于短段的格數得B點．當長段所余格數為偶數時，如圖３―３（a）所示，則取所余格數的一半得C點，于是l₁＝AB+2BC
    若長段所余格數為奇數時，如圖３－３（b）所示，可在長段上取所余格數減１之半得C點，再取所余格數加１之半得C₁點，于是l₁＝AB＋BC＋BC₁

   當斷口非常接近試件兩端部，而與其端部的距離等于或小于直徑的兩倍時，需重作試驗．
    四、試驗方法和步驟
    1.試件準備
    先用游標卡尺測量試件中間等直桿兩端及中間這三個橫截面處的直徑：在每一橫截面內沿互相垂直方向各測量一次并取平均值。用所測得的三個平均值中zui小的值作為試件的初始直徑d₀，并按d₀計算試件的初始橫截面面積A₀。
    再根據試件的初始直徑d₀ 計算試件的標距l₀，并用游標卡尺在試件中部等直桿段內量取試件標距l₀，用刻線器將標距長度分為十等份。
    2.試驗機準備
    熟悉試驗機的操作規程，估計拉伸試驗所需的zui大載荷，并根據值選定試驗機的測力度盤（值在測力度盤40% ~ 80%范圍內較宜）。調整測力指針對準零點，并使從動針與之靠攏，同時調整好自動繪圖裝置。
    3.試件安裝
    先將試件安裝在試驗機的夾頭內，再移動下夾頭到適當位置，并把試件下端夾緊。
    4.檢查及試機
    請教師檢查以上準備情況。經教師許可后開動試驗機，加少量載荷（勿使應力超過比例極限），檢查試驗機和繪圖裝置工作是否正常，然后卸載。
    5.進行試驗
    開動試驗機以慢速均勻加載，注意觀察測力指針的轉動、自動繪圖情況及試件在拉伸過程中的各種現象。
    當測力指針不動或倒退時，說明材料開始屈服，測力指針停止轉動時的恒定值或*次回轉的zui小值即屈服載荷。當測力指針和從動指針再次分離時，試件開始頸縮，直至zui后被拉斷。測力指針回到零點，而從動指針則指示出zui大載荷  。
    關閉試驗機，取下試件。將斷裂的試件對齊并盡量靠緊，用游標卡尺測量斷裂后標距段的長度l₁及斷口處直徑d₁。
    6.結束試驗
    從試驗機上取下已繪好的拉伸曲線圖紙，并請教師檢查試驗記錄。
    清理試驗現場，將試驗機及有關工具復原。
    7.注意事項
   （1）參看液壓式材料試驗機的注意事項。
   （2）試件安裝必須正確，防止試件偏斜`夾入部分過短等現象。
   （3）試驗時聽見異常聲音或發生任何故障，應立即停車，并馬上報告試驗指導教師。
    五、試驗結果處理
    整理試驗數據，按要求填寫試驗報告并寫出結論。
    鑄鐵拉伸試驗步驟與低碳鋼拉伸試驗步驟相同，只記錄zui大載荷并繪出拉伸曲線。

拉伸試驗報告

班級            姓名             學號               
試驗日期                        成績                

    一、試驗目的
    二、試驗設備和儀器
    三、試驗數據記錄和處理
    1．試驗前試件尺寸

    2 ．試驗數據

    3 ．數據處理
   （1）計算屈服極限和強度極限

    （2）計算低碳鋼延伸率和斷面收縮率

     
   （3）繪制P—△l曲線和試件斷口形狀簡圖