实验六 拉伸实验
拉伸是材料力学最基本的实验，通过拉伸可以测定出材料一些基本的力学性
能参数，如弹性模量、强度、塑性等。
【实验目的】
1、测定塑性材料的抗拉强度ζ
m 、断后伸长率δ
和截面收缩率ψ；
2、绘制材料的应力-应变曲线；
3、了解WE-600B下置式万能试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。
【实验仪器、设备】
WE-600B下置式万能材料试验机，引伸计，力传感器，位移传感器、游标卡尺等。万能材料试验机结构图： 试件：
最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形，如图1-1a、b所示。 夹持 过渡 夹持 过渡 h d b
l0 l0
(a) (b)
图1-1 试件的截面形式
试样分为夹持部分、过渡部分和待测部分。标距（l0）是待测部分的主体，
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其截面积为S0。按标距（l0）与其截面积（S0）之间的关系，拉伸试样可分为比例试样和非比例试样。按国家标准GB228-2002的规定，比例试样的有关尺寸如下表1-1。
表1-1
截面积S0试样 标距l0，(mm) （mm） 2圆形试样直径d (mm) 长 比例 短 11.35.65S0S0或10d 任意 或5d 任意 【实验原理】
1、塑性材料的拉伸（低碳钢）：
实验原理如图1-2a所示，首先，实验各参数的设置由PC传送给测控中心后开始实验，拉伸时，力传感器和引伸计分别通过两个通道将式样所受的载荷和变形连接
1-2a 拉伸实验原理图 到测控中心，经相关程序计算后，再在PC
机上显示出各相关实验结果。
当试样开始受力时，因夹持力较小，其夹持部分在夹头内有滑动，故图中开始阶段的曲线斜率较小，它并不反映真实的载荷—变形关系；载荷加大后，滑动消失，材料的拉伸进入弹性阶段。
应力
E D
B’ BC F
ζ m ζeL 应变
1-2b 典型的低碳钢拉伸图
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低碳钢的屈服阶段通常为较为水平的锯齿状（图中的B′-C段），与最高载荷B′对应的应力称上屈服极限，由于它受变形速度等因素的影响较大，一般不作为材料的强度指标；同样，屈服后第一次下降的最低点也不作为材料的强度指标。除此之外的其它最低点中的最小值（B点）作为屈服强度ζ
FSLeL：
ζeL =
S0
当屈服阶段结束后（C点），继续加载，载荷—变形曲线开始上升，材料进入强化阶段。若在这一阶段的某一点（如D点）卸载至零，则可以得到一条与比例阶段曲线基本平行的卸载曲线。此时立即再加载，则加载曲线沿原卸载曲线上升到D点，以后的曲线基本与未经卸载的曲线重合。可见经过加载、卸载这一过程后，材料的比例极限和屈服极限提高了，而延伸率降低了，这就是冷作硬化。
随着载荷的继续加大，拉伸曲线上升的幅度逐渐减小，当达到最大值（E点）ζ
m 后，试样的某一局部开始出现颈缩，而且发展很快，载荷也随之下降，迅速
m
到达F点后，试样断裂。材料的强度极限ζ
Fm为：
ζm =S0
当载荷超过弹性极限时，就会产生塑性变形。金属的塑性变形主要是材料晶面产生了滑移，是剪应力引起的。描述材料塑性的指标主要有材料断裂后的延伸率δ和截面收缩率ψ来表示。
伸长率：??lu?l0l0?100%
?100%
截面收缩率： ??S0?SuS0式中l0、lu和S0、Su分别是断裂前后的试样标距的长度和截面积。 lu可用下述方法测定：
直接法：如断口到最近的标距端点的距离大于l0/3，则直接测量两标距端点间的长度为lu；
移位法：如断口到最近的标距端点的距离小于l0/3，如图1-3所示：在较长段上，从断口处O起取基本短段的格数，得到B点，所余格数若为偶数，则取其一半，得到C点；若为奇数，则分别取其加1和减1的一半，得到C、C1点，
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那么移位后的lu分别为：lu=AO+OB+2BC， lu=AO+OB+BC+BC1。
A O B C D
●
● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
(a)
A O B C C D
● 1
● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
(b)
【实验步骤】
1、 确定标距
根据表1-1的规定，选择适当的标距（这里以10d作为标距l0），并测量l0的实际值。为了便于测量lu，将标距均分为若干格，如10格。
2、试样的测量
用游标卡尺在试样标距的两端和中央的三个截面上测量直径，每个截面在互相垂直的两个方向各测一次，取其平均值，并用三个平均值中最小者作为计算截面积的直径d，并计算出S0值。
3、仪器设备的准备 根据材料的强度极限ζ
m
和截面积S0估算最大载荷值Fmax，根据Fmax选择试
验机合适的档位，并调零；同时调整好试验机的自动绘图装置。
4、安装试件
试件先安装在试验机的上夹头内，再移动下夹头，使其达到适当的位置，并把试件下端夹紧。
5、加载、卸载。注意试加载值不能超过比例极限。 6、测试
WE-600B下置式万能材料实验机操作步骤： 1、接好电源线，按“电源”按钮，指示灯亮；
2、根据试样规格选用量程，在摆杆上挂上或取下砣，必要时调整缓冲手轮；
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3、根据试样形状及尺寸，把相应的钳口装入上下钳口座内； 4、在描绘器的转筒上，卷压好记录纸；
5、开动油泵拧开送油阀使台板上升约10mm，然后关闭送油阀。如果台板已在升
起位置，则不必先开动油泵送油，仅将送油阀关好即可；
6、将试样的一端夹于上钳口中。对于配有液压夹头的机型，则按下控制盒上的“上紧”按钮，加紧试样； 7、开动油泵调整指针对准盘零点；
8、启动升降电机调整拉伸实验空间，将试样垂直夹持好。对于配有液压夹头的
机型，则按下控制盒上的“下紧”按钮，将试样垂直夹持好； 9、将推杆的描绘笔放下进入描绘准备状态；
10、按实验要求的加力速度，缓慢地拧开送油阀进行加力试验。试样断裂后关闭
送油阀。如下一组试验间隔较长时间，应停止油泵工作； 11、把记录数值的描绘笔抬起；
12、打开回油阀卸力后，将从动针拨回零点；
13、取下断裂试样。对于配有液压夹头的机型，先按“上松”按钮使上钳口松开，
在按“下松”按钮松开下钳口，分别取下断裂的试样。
14、将断裂试件的两断口对齐并尽量靠紧，测量断裂后标距段的长度lu；测量断
口颈缩处的直径du，计算断口处的横截面积Su 。
自动描绘器的使用
自动描绘器由记录笔、描绘筒、导线轮组等零件组成，使用本机构可以粗略地绘出“应力应变图”。操作步骤如下： 1、装夹好试样，做好试验准备； 2、在描绘筒上夹好记录用纸；
3、将弦线的一端系于移动横梁右侧的导线轮组上，并逐次穿过各导线轮组，最后选择描绘筒左端的三个沟槽中的一个缠一圈，并在弦线另一端挂上坠砣； 4、选择沟槽中直径最大的，则在“应力应变图”上应变量按1：1绘出；选择中等大小的。应变量放大至2：1，选择最小的沟槽，应变量放大至4：1； 5、通过改变弦线在沟槽中的缠绕方向来保证试验时描绘筒向着观察者的方向旋转；
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