§1-1 金属材料的拉伸实验
一、试验目的
1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：上屈服强度ReH，下屈服强度ReL和抗拉强度Rm 。
2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：断后伸长率A和断面收缩率Z。 3．测定铸铁的抗拉强度Rm。
4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁的拉伸过程及破坏现象，并比较其机械性能。 5．学习试验机的使用方法。
二、设备和仪器
1．试验机（见附录）。 2．电子引伸计。 3．游标卡尺。
三、试样
(a)
b h l0 l (b)
图1-1 试样
拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。为使实验结果可以相互比较，必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。我国国标GB/T228－2002 “金属材料 室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图（1-1）所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应
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与平行部分光滑地联接，以保证试样破坏时断口在平行部分。平行部分中测量伸长用的长度称为标距。受力前的标距称为原始标距，记作l0，通常在其两端划细线标志。
国标GB/T228-2002中，对试样形状、尺寸、公差和表面粗糙度均有明确规定。 四、实验原理
低碳钢（Q235 钢）拉伸实验（图解方法）
将试样安装在试验机的上下夹头中，引伸计装卡在试样上，启动试验机对试样加载，试验机将自动绘制出载荷位移曲线（F-ΔL曲线），如图（1-2）。观察试样的受力、变形直至破坏的全过程，可以看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段）。
屈服阶段反映在F-ΔL曲线图上为一水平波动线。上屈服力FeH是试样发生屈服而载荷首次下降前的最大载荷。下屈服力FeL是试样在屈服期间去除初始瞬时效应（载荷第一次急剧下降）后波动最低点所对应的载荷。最大力Rm是试样在屈服阶段之后所能承受的最大载荷。相应的强度指标由以下公式计算：
上屈服强度ReH ：ReH?FeH （1-1） S0下屈服强度ReL：ReL?FeL (1-2 ) S0Fm （1-3） S0抗拉强度Rm： Rm?在强化阶段任一时刻卸载、再加载，可以观察加载、御载规律和冷作硬化现象。 在Fm以前，变形是均匀的。从Fm开始，产生局部伸长和颈缩，由于颈缩，使颈缩处截面减小，致使载荷随之下降，最后断裂。断口呈杯锥形。
测量断后的标距部分长度Lu和颈缩处最小直径du，按以下两式计算其主要塑性指标： 断后伸长率A ：
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A?Lu?L0?100% L0 （1-4）
式中L0为试样原始标距长度（名义尺寸50mm）。
由于试样的塑性变形集中在缩颈处并向两边逐渐减小，因此断口位置不同，标距部分的塑性伸长也不同。若断口在试样中部，发生严重塑性变形的缩颈段全部在标距长度内，标距长度就有较大的塑性伸长量；若断口距标距端很近，则发生严重塑性变形的缩颈段只有一部分在标距长度内，另一部分在标距长度外，因此，标距长度的塑性伸长量就小。这说明断口位置对测得的伸长率有影响，为此应用所谓移位法测定断后标距长度l1。
试验前将试样标距分成十等分。若断口到邻近标距端距离大于l03，则可直接测量标距两端点间的距离。若断口到邻近标距端距离小于或等于l03，则应用所谓移位法（亦称为补偿法）测定：在长段上从断口O点起取长度基本上等于短段格数的一段得B点，再由B点起取等于长段所余格数（偶数）之半得C点（见图1-8（a））；或取所余格数（奇数）减1与加1之半得C与C1点（见图1-8（b））；移位后的L1分别为：AO+OB+2BC或者AO+OB+BC+BC1 。
测量时，两段在断口处应紧密对接，尽量使两段轴线在一直线上。若断口处形成缝隙，此缝隙应计入L1内。
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断面收缩率Z：
Z?S0?Su?100% S0 （1-5）
式中S0和Su分别是原始横截面积和断后最小横截面积。
铸铁拉伸
铸铁拉伸时没有屈服阶段，拉伸曲线微微弯曲，在变形很小的情况下即断裂（见图1-3），断口为平端口。因此对铸铁只能测得其抗拉强度Rm，
即：Rm?Fm （1-6） S0F Fm 铸铁的抗拉强度远低于低碳钢的抗拉强度。
五、实验结果处理
1．原始记录参考表1-2和表1-3填写。
表1-2 原始尺寸 原始横截面直径do(mm) 原始标距 材料 L0（mm） 低碳钢 铸 铁 50 0 △L 图1-3铸铁拉伸
原始最小III 横截面积 平均 I 1 II 平均 2 1 2 平均 1 2 S0（mm2） ∕
表1-3 断后尺寸
断后标距 Lu(mm)
断后缩颈处最小直径du（mm） 1 2 平均 断后最小横截面积 Su(mm2) 4
2．数据处理
低碳钢
据Fm值和F-△L图计算力轴每毫米代表的力值m，从F-△L图上找出FeH和FeL点的位置，量出它们至△L轴的垂直距离heH和heL，从而计算出FeH和FeL值（即mheH和mheL），然后按公式（1-1）~（1-3）计算上屈服强度ReH、下屈服强度ReL和抗拉强度Rm，按公式（1-4）和（1-5）计算断后伸长率A 和断面收缩率Z 。
铸铁
据记录的最大拉力Fm，按公式（1-6）计算抗拉强度Rm。
六、思考题
1．低碳钢试样拉伸断裂时的载荷比最大力Fm小，如按公式R?F计算断裂时的应力，S0则计算得到的应力会比抗拉强度Rm小。为什么“应力减小后”试样反而断裂？
4．铸铁试样拉伸，断口为何是平截面?为何断口位置大多在根部?
5．做低碳钢拉伸实验时为什么要用引伸计，又为什么在试样拉断前要取下引伸计，为什么此时可以取下引伸计？
七、实验报告要求
包括实验目的，设备名称、型号，实验记录（列表表示）与实验数据处理，分析讨论。画出试样断裂后形状示意图（可画在数据记录和处理栏内），试验机自动绘制的F-ΔL图附于实验报告内。
附注：实验步骤
试样材质辩识：铸铁试样颜色较深，表面可见凸起的小颗粒，竖直落地时声音沉闷；而低碳钢颜色较亮，表面可见刀纹，竖直落地时声音轻脆。
1．测量试样尺寸
直径d0 在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在相互垂直方向各测量一次，取其平均值。用三个平均值中最小者计算横截面面积，数据列表记录。
标距长度L 0 量取计算长度L 0（取L 0=10 d0，或L 0=5 d0），在试样两端划细线标志，用刻线机将其划分成10等分（或5等分）。
2. 开机
打开电源开关；启动计算机进入Windos操作系统；点击试验机控制软件，进入试验机操 作界面；按复位按扭使控制系统上电。
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