静拉伸试验
一、实验目的
1 、测 45#钢的屈服强度
s
、抗拉强度 Rm 、断后伸长率 和断面收缩率 。 2 、测定铝合金的屈服强度 s 、抗拉强度 Rm 、断后伸长率
和断面收缩率 。
3 、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、使用设备
微机控制电子万能试验机、 0.02mm游标卡尺、试验分化器 三、试样
本试样采用经过机加工直径为
10mm左右的圆形截面比例试样，试样成分分别为铝合金和
45#，各有数支。 四、实验原理
按照我国目前执行的国家 GB/T 228 —2002 标准—《金属材料 室温拉伸试验方法》的规 定，在室温 10℃ 35℃ 的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中，然后开动试验 机，使试样受到缓慢增加的拉力（一般应变速率应 0.1m/s），直到拉断为止，并且利用试验 机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。
试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形 L 主要是整个试样，而不仅仅是标距部分的伸长， 还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素，由于试样开始受力时，头部在头内的 滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 塑性材料与脆性材料的区别： （1）塑性材料：
脆性材料是指断后伸长率 5%的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都比 较大。塑性材料在发生断裂时，会发生明显的塑性变形，也会出现屈服和颈缩等现象； （2）脆性材料：
脆性材料是指断后伸长率 5%的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很 小。并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力 —应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑 性变形，在断裂前不会出现明显的征兆，不会出现屈服和颈缩等现象，只有断裂时的应力值 —强度极限。
脆性材料在承受拉力、变形记小时，就可以达到 Fm 而突然发生断裂，其抗拉强度也远远
小于 45钢的抗拉强度。同样，由公式 R
F S 即可得到其抗拉强度， 而根据公式，
l
l
1
0
m
m
0
l
0
五、实验步骤 1、试样准备
用笔在试样间距 L0 （10cm）处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径，并且 测出试样在拉伸前的一个总长度 L。 2、试验机准备：
。
根据 45 钢的抗拉强度和试样的原始横截面积估计实验所需的最大的力，并且选择相应的 载荷。
3、打开计算机。在测量程序中设定量程、载荷、变形档及加载速度等参数； 4、安装试样和引伸计，载荷、变形、位移等校准清零；
5、试件断裂，停机。将试验数据另存为 EXCEL 表，之后用 origin 软件将数据拟合成曲线； 6、取下试件并将断口紧密地对在一起，用游标卡尺测出断后试件的标距及颈缩处直径 d1 的 大小。观察断口外貌。 7、实验数据的处理与分析 （1）试件尺寸
表 1 实验数据
试验前 试验后
平行长度 119.52mm 135.46mm
0
铝合金 标距长度 100mm 112.5mm
直径 10mm 6.7mm 平行长度 124.16mm 144.00mm
45# 标距长度 100mm 118.7mm
直径 10.1mm 7.8mm
（设试验前标距长度为 l ，试验后标距长度为 l1；试验前平行长度为 l2 ，试验后平行长度为 l3 ） 对于铝合金：
用标距长度计算的伸长率：
1
112.5 100
100% 12.5%
100
总的伸长率：
2
l
3
l
2
l
2
135.46 119.52
100% 13.3%
119.52
断面收缩率：
A
0
10
2
6.7
2
A
1
A
0
( ) 2
100%
10
( 2
)
55.11%
2
( ) 2
对于 45#：
用标距长度计算的伸长率：
1
118.7 100
100% 18.7%
100
总的伸长率：
2
l
3
l
2
l
2
144 124.16
100% 16%
124.16
断面收缩率：
A
0
10.1
2
7.8
2
A
1
( 2
100%
) 10.1
( 2
)
40.35%
A
0
2
( ) 2
由以上计算，铝合金和 45#的断面收缩率明显大于 5%，所以根据计算结果可判断它们均为塑 性断裂。
（2）根据实验结果用 origin软件绘制铝合金的拉伸图
1
图 1
铝合金的拉伸力 -伸长曲线
通过挂插曲线和分析试验数据，该铝合金的屈服强度
N mm ，所受的最大力为 23.14kN 。 305 / ( )
2
s
305 N / (mm ) ，抗拉强度为
2
R
m
从该曲线可以看出，铝合金属于具备一定的塑性的塑性材料。其拉伸过程中包含了弹性 变形的弹性阶段、均匀塑性变形阶段，不均匀集中塑性变形阶段和断裂阶段；然而并不经历 典型塑性材料—如低碳钢等所具备的颈缩阶段——相应地断裂时发生 45 度斜面断口而非杯 状断口。铝合金断口形貌如下所示：
图 2 铝合金断口形貌
弹性阶段的铝合金材料其应力应变关系满足胡克定律，同时卸载后恢复原先尺寸。相较 低碳钢，铝合金材料的屈服阶段并不明显，从微观角度这说明铝合金材料晶格在承受载荷时 基本不发生相对的滑动与错位。猜测这是合金材料的共同特点。
2
（3）根据实验结果用 origin软件绘制 45#的拉伸图
图 3
45#的拉伸力 -伸长曲线
通过挂插 曲线和 分析试 验数据 ，该 45#的屈服 强度 s
N mm ，所受的最大力为 51.69kN 。 645 / ( )
2
400 N / (mm ) ，抗拉强 度为
2
R
m
根据此拉伸力 - 伸长曲线， 45#在拉伸力作用下的变形过程可以分为：弹性变形，不均匀 塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形、和断裂几个阶段。
断口的形貌：其断口呈杯锥形，由纤维区，放射区和剪切唇三个区域组成。放射区有放
射线花纹特征， 放射线平行于裂纹扩展方向而垂直于裂纹前端的轮廓线， 并且逆指向裂纹源。 六、思考题
（1）应变强化是哪类材料的特点？发生在拉伸过程的哪个阶段，有何作用和意义？ 答：应变强化使金属韧性材料的特点，发生在均匀塑性变形阶段。
作用和意义：应变强化后的材料弹性阶段将会变大，塑性变低。这是的材料具有更好的弹性 性能，是金属硬化的重要手段之一。
（2）断后伸长率反映材料什么性能？能否利用载荷 -位移曲线准确测定材料的断后伸长率？ 答：断后伸长率 是材料的两个塑性指标之一，反映了材料的塑性变形性能。但是，不能用 载荷-位移曲线来确定。因为不知道实验机上试件架头间的原始距离。
（3）拉伸曲线的面积反映材料什么性能？实验材料中哪种材料的这种性能最好？ 答：反映了材料单位体积在断裂前吸收外界功的能力。
性能好坏：低碳钢 >中碳钢>铝合金>>铸铁。
3
材料力学性能静拉伸试验报告
