实验二 低碳钢的拉伸试验
一、实验目的 1） 2）
测定低碳钢的屈服强度s，抗拉强度b。断后伸长率δ和断面收缩率ψ 观察低碳钢在拉伸过程中所出现的屈服、强化和缩颈现象，分析力与变形之间的关系，并绘制拉伸图。 3）
二、实验设备
（1） 试件：按《国标GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法》中的规定准备20#
钢的圆形长比例拉伸试件，如图2－1所示。
学习、掌握万能试验机的使用方法及其工作原理。
图2-1 圆形拉伸试件
图中L0为标距长度，用于测量拉伸变形，单位为mm。
（2）万能试验机：采用夹板式夹头，如图2-2。夹头有螺纹，形状如2-3所示。试件被夹持部分相应也有螺纹。试验时，利用试验机的自动绘图器绘制低碳钢的拉伸图。
图2-2 夹板式夹头 图 2-3用于圆形截面试件的夹头
（3）游标卡尺。
三、实验原理
（1）低碳钢拉伸的实验原理：低碳钢的拉伸图全面而具体的反映了整个变形过程。观察自动绘图机绘出的拉伸图应如图2-4所示。在试验之初，绘出的拉伸图是一段曲线，如图中虚线所示，这是因为试件开
图2-4 低碳钢拉伸图
始变形之前机器的机件之间和试件与夹具之间留有空隙，所以当试验刚刚开始时，
在拉伸图上首先产生虚线所示的线段，继而逐步夹紧，最后只留下试件的变形。为
了消除在拉伸图起点处发生的曲线段。须将图形的直线段延长至横坐标所得相交点O，即为拉伸图之原点。随着载荷的增加，图形沿倾斜的直线上升，到达A点及B点。过B点后，低碳钢进入屈服阶段（锯齿形的BC段），B点为上屈服点，即屈服阶段中力首次下降前的最大载荷，用Psu来表示。对有明显屈服现象的金属材料，一般只需测试下屈服点，即应测定屈服阶段中不计初始瞬时效应时的最小载荷，用Psl来表示。下屈服点的测定，并不是一件容易的事。因为在屈服阶段中，当指针无规则上、下波动时，要准确捕捉屈服载荷的读数确实有一定的难度。对试件连续加载直至拉断，由测力度盘或拉伸图上读出最大载荷Pb。将试件拉断后的两段在拉断处紧密对接起来，尽量使其轴线位于一条直线上。如拉断处形成缝隙，则此缝隙应计入该试件拉断后的标距内。由此可量得试件标距部分拉断后的长度L1。
四、实验步骤
1）试件准备与尺寸测量
用划线机划上试件的标距，并将其分成10格（图2－5），以便观察标距范围内沿轴向的变形情况。用游标卡尺测量试件标距部分的直径。在标距范围的中间及两端处，每处两个互相垂直的方向上各测量一次，取其平均值为该处直径。用所测得的三个平均值中的最小的值计算试件的横截面面积A0。计算A0时取三位有效数字。
L0
图2－5 用划线机将标距10等分
2）调整测力指针指零
① 选择测力度盘。根据低碳钢的强度极限σb和横截面面积A0估算试件最大载荷。根据最大载荷，选择合适的测力度盘，配置好摆杆重锤，将缓冲器放在合适的位置；
② 开机进油，使活动平台上升10mm左右；
③ 摆锤对中，使重摆垂直；
④ 调整测力指针对准零点，使测力指针与随动指针重合。
3）装夹试件
先把试件夹持在试验机上夹头内，再将下夹头移动到试件所需的夹持位置，并把试件下端夹紧。
4）准备好自动绘图器，使笔与记录纸刚好接触。
5）进行实验
① 开始试验机，缓慢匀速加载。
② 根据所提供的屈服类型确定Psu、Psl或Ps。
③ 冷拉试验。在强化阶段任一处（例如图2-6中的a点）将载荷卸至初载，再重新加载，从自动绘图器上曲线的变化规律可以看到，冷拉过的材料曲线上的转折点a高于未冷拉过的材料曲线的转折点B，说明材料经过冷拉以后弹性极限提高了。
图2-6 冷作硬化现象
④ 观察颈缩现象。当测力指针再次出现停滞不前、倒退现象时，可以观察到试件产生局部变形的颈缩现象。随之，测力指针迅速倒退，试件很快断裂。
⑤ 确定Pb。试件断裂后，关闭机器电源；记录随动指针所指的刻度值，此即为强度极限载荷Pb。
⑥ 取下试件，将拉断的试件在断口处尽量对拢，量测拉断后的标距长度L1和断口直径d1。
五、注意事项 1）
开机前和停机后，送油阀一定要置于关闭位置。加载、卸载和回油均须缓慢进行。 2） 3） 4） 5） 6）
拉伸试件夹住后，不得再调整下夹头的位置。
机器开动时，操纵者不得擅自离开。实验过程中不得触动摆锤。 使用时，听见异声或发生任何故障应立即停止。
调整测力指针指零时，一定要开机进油，使活动平台上升少许。
试件装夹必须正确，防止偏斜和夹入部分过短的现象。读测力度盘显示值时，测力指针所指的刻度值必须与所挂摆锤相对应。
六、实验结果处理 （1）强度指标：
下屈服极限：sl
强度极限： b
（2）塑性指标：
Fsl
（2-1） A0
FP
（2-2） A0
伸长率：
(L1L0)
100%L0
（2-3）
断面收缩率：
七、思考题
(A0A1)
100%A0
（2-4）
1. 在试件的拉伸δ-曲线中，标出试件的弹性变形与塑性变形。 2．解释出现加工硬化和屈服的原因。
实验二 低碳钢的拉伸试验
一、实验目的 1） 2）
测定低碳钢的屈服强度s，抗拉强度b。断后伸长率δ和断面收缩率ψ 观察低碳钢在拉伸过程中所出现的屈服、强化和缩颈现象，分析力与变形之间的关系，并绘制拉伸图。 3）
二、实验设备
（1） 试件：按《国标GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法》中的规定准备20#
钢的圆形长比例拉伸试件，如图2－1所示。
学习、掌握万能试验机的使用方法及其工作原理。
图2-1 圆形拉伸试件
图中L0为标距长度，用于测量拉伸变形，单位为mm。
（2）万能试验机：采用夹板式夹头，如图2-2。夹头有螺纹，形状如2-3所示。试件被夹持部分相应也有螺纹。试验时，利用试验机的自动绘图器绘制低碳钢的拉伸图。
图2-2 夹板式夹头 图 2-3用于圆形截面试件的夹头
（3）游标卡尺。
三、实验原理
（1）低碳钢拉伸的实验原理：低碳钢的拉伸图全面而具体的反映了整个变形过程。观察自动绘图机绘出的拉伸图应如图2-4所示。在试验之初，绘出的拉伸图是一段曲线，如图中虚线所示，这是因为试件开
图2-4 低碳钢拉伸图
始变形之前机器的机件之间和试件与夹具之间留有空隙，所以当试验刚刚开始时，
在拉伸图上首先产生虚线所示的线段，继而逐步夹紧，最后只留下试件的变形。为
了消除在拉伸图起点处发生的曲线段。须将图形的直线段延长至横坐标所得相交点O，即为拉伸图之原点。随着载荷的增加，图形沿倾斜的直线上升，到达A点及B点。过B点后，低碳钢进入屈服阶段（锯齿形的BC段），B点为上屈服点，即屈服阶段中力首次下降前的最大载荷，用Psu来表示。对有明显屈服现象的金属材料，一般只需测试下屈服点，即应测定屈服阶段中不计初始瞬时效应时的最小载荷，用Psl来表示。下屈服点的测定，并不是一件容易的事。因为在屈服阶段中，当指针无规则上、下波动时，要准确捕捉屈服载荷的读数确实有一定的难度。对试件连续加载直至拉断，由测力度盘或拉伸图上读出最大载荷Pb。将试件拉断后的两段在拉断处紧密对接起来，尽量使其轴线位于一条直线上。如拉断处形成缝隙，则此缝隙应计入该试件拉断后的标距内。由此可量得试件标距部分拉断后的长度L1。
四、实验步骤
1）试件准备与尺寸测量
用划线机划上试件的标距，并将其分成10格（图2－5），以便观察标距范围内沿轴向的变形情况。用游标卡尺测量试件标距部分的直径。在标距范围的中间及两端处，每处两个互相垂直的方向上各测量一次，取其平均值为该处直径。用所测得的三个平均值中的最小的值计算试件的横截面面积A0。计算A0时取三位有效数字。
L0
图2－5 用划线机将标距10等分
2）调整测力指针指零
① 选择测力度盘。根据低碳钢的强度极限σb和横截面面积A0估算试件最大载荷。根据最大载荷，选择合适的测力度盘，配置好摆杆重锤，将缓冲器放在合适的位置；
② 开机进油，使活动平台上升10mm左右；
③ 摆锤对中，使重摆垂直；
④ 调整测力指针对准零点，使测力指针与随动指针重合。
3）装夹试件
先把试件夹持在试验机上夹头内，再将下夹头移动到试件所需的夹持位置，并把试件下端夹紧。
4）准备好自动绘图器，使笔与记录纸刚好接触。
5）进行实验
① 开始试验机，缓慢匀速加载。
② 根据所提供的屈服类型确定Psu、Psl或Ps。
③ 冷拉试验。在强化阶段任一处（例如图2-6中的a点）将载荷卸至初载，再重新加载，从自动绘图器上曲线的变化规律可以看到，冷拉过的材料曲线上的转折点a高于未冷拉过的材料曲线的转折点B，说明材料经过冷拉以后弹性极限提高了。
图2-6 冷作硬化现象
④ 观察颈缩现象。当测力指针再次出现停滞不前、倒退现象时，可以观察到试件产生局部变形的颈缩现象。随之，测力指针迅速倒退，试件很快断裂。
⑤ 确定Pb。试件断裂后，关闭机器电源；记录随动指针所指的刻度值，此即为强度极限载荷Pb。
⑥ 取下试件，将拉断的试件在断口处尽量对拢，量测拉断后的标距长度L1和断口直径d1。
五、注意事项 1）
开机前和停机后，送油阀一定要置于关闭位置。加载、卸载和回油均须缓慢进行。 2） 3） 4） 5） 6）
拉伸试件夹住后，不得再调整下夹头的位置。
机器开动时，操纵者不得擅自离开。实验过程中不得触动摆锤。 使用时，听见异声或发生任何故障应立即停止。
调整测力指针指零时，一定要开机进油，使活动平台上升少许。
试件装夹必须正确，防止偏斜和夹入部分过短的现象。读测力度盘显示值时，测力指针所指的刻度值必须与所挂摆锤相对应。
六、实验结果处理 （1）强度指标：
下屈服极限：sl
强度极限： b
（2）塑性指标：
Fsl
（2-1） A0
FP
（2-2） A0
伸长率：
(L1L0)
100%L0
（2-3）
断面收缩率：
七、思考题
(A0A1)
100%A0
（2-4）
1. 在试件的拉伸δ-曲线中，标出试件的弹性变形与塑性变形。 2．解释出现加工硬化和屈服的原因。