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实验一 低碳钢的拉伸试验
任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学性能。
通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。例如：弹性模量E、比例极限σp、上和下屈服强度σeu和σeL、强度极限σm、延伸率δ、收缩率Ψ。除此而外，通过拉伸实验的结果，往往还可以大致判定某种其它机械性能，如硬度等。
按国标GB/T228-2002，拉伸试样如图1所示。实验段直径d0?10mm,标距
l0?100mm。
一、实验目的
1．研究低碳钢的应力——应变曲线拉伸图。
2．确定低碳钢在拉伸时的力学指标（比例极限σp、下屈服强度σeL、强度极限σm、延伸率δ、断面收缩率Ψ）。
3. 观察低碳钢拉伸时的断口特征，并与其他形式的断口相比较。 二、实验原理
在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径d0和标距l0。实验时，首先将试件安装在实验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量实验段的变形。然后开动实验机，缓慢加载，与实验机相联的微机会自动绘制出载荷-变形曲线（F??l曲线，见图2）或应力-应变曲线（???曲线，见图3），随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：
F
d0l0图1 拉伸试件
?dbacefFsFb?b?s?Po?gd?图3
f?h图2
Δl
?（1）弹性阶段（Ob段）
在拉伸的初始阶段，???曲线（Oa段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点称为材料的比例极限（?P），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。
线性阶段后，???曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（?e），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。
（2）屈服阶段（bc段）
超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（?s）。
当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45斜纹。这是由于试件的45斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。
试样发生屈服而力首次下降前的最大应力成为上屈服点，记为σeu当不计瞬时效应（指在屈服过程中试验力第一次发生下降）时屈服阶段中的最小应力成为下屈服点，记为σeL。
（3）硬化阶段（ce段）
经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。
若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如d?d?斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。
在硬化阶段应力应变曲线存在一最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（?b），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。
（4）颈缩阶段（ef段）
试样拉伸达到强度极限?b之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限?b之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。试样的断裂位置处于颈
00缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。 三、实验用仪器设备和工具
1．材料试验机 2．标准试样（如图1） 3．游标卡尺、冲子、铁锤等 四、实验步骤
1、依次打开计算机、变压器，并按下主机外罩上的“复位”按钮启动试验机。 2、双击桌面上的图标WinWdw-PCI ，进入软件操作系统。
3、点击“试验操作”，打开实验操作界面，做拉伸试验时，在软件操作系统的“控制面板”
上选取“拉向”。
4、量度试件尺寸：
1）量度直径d0。对于圆试件，在计算长度的两端及中部三处用卡尺测量，每一处
都要在两个互相垂直的方向上量出直径，取其平均值。
2）确定计算长度L0。
使用标准试样的标距L0。将结果填入表1。
表1 拉伸试件原始尺寸数据记录 材料 标距L0 直径d0(mm) 横截（mm） 面 截面I 截面II 截面III 面积1 2 1 2 1 2 平均 平均 平均 S0 (mm2) 低碳钢 5、做实验
⑴装夹拉伸试样。通过试验机的“上升”、“下降”按钮把横梁调整到方便装试件的位置，再把上钳口松开，夹紧试样的上端；
⑵ 使横梁下降，当试样能够夹在下钳口时，停止；
⑶ 在实验操作界面上把负荷、峰值、变形、位移、时间清零，夹紧下钳口； ⑷ 在“控制面板”上选择“位移控制”，使横梁下降，消除预紧力，使负荷变为零； ⑸ 装夹引伸计，并检查引伸计是否已正确连接到计算机主机的端口上；
⑹ 单击“新建试样”按钮，输入试件的有关信息，包括直径（或长、宽）、标距，然后点击“新建试样” 按钮，再点击“确认”。
⑺ 再次把负荷、峰值、变形、位移、时间等各项分别清零。
⑻ 单击“位移方式”，切换为“取引伸计”模式。在取引伸计模式下，点击“开始”按钮，开始实验。
在实验过程中，注意观察屈服（流动）、强化，卸载规律、颈缩、断裂等现象。 ⑼ 试样拉断后，立即按“停止”按钮。然后点取“保存数据” 按钮，保存试验数据。取
下试样，先将两段试件沿断口整齐地对拢，量取并记录拉断后两标距点之间的长度
l1，及断口处最小的直径d1，并计算断后面积。
⑽ 数据处理。
五、实验记录
实验过程中，需要记录表1；需要绘制应力-应变曲线；并需要绘制拉伸断口示意图。 六、实验结果处理
1、力学指标的计算和测量
记录试件的屈服抗力Fs和最大抗力Fb。试件断裂后，测量断口处的最小直径d1和标距间的距离l1。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。
强度指标：
Fs?d02 屈服极限 ?s? ,其中A?A04 强度极限 塑性指标：
延伸率
?b?Fb A0??l?l?100% l100 断面收缩率 ??A0?A1?100% A02、断口特征分析
写出塑性材料拉伸断裂的断口特征。 七、实验结论及分析
描述、对比疲劳断口、应力腐蚀断口和高温蠕变断口的断口特征。