实验一 拉伸实验

   一、实验目的要求

• 测定低碳钢的流动极限、强度极限、延伸率、截面收缩率和铸铁的强度极限。
• 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，观察外力和变形间的关系曲线（曲线）。
• 比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
  

  二、实验设备和仪器

  微机控制机械万能材料试验机、游标卡尺、等.试验机主要由上横梁、移动横梁、传感器、夹具接头(十字头)、夹具、下横梁、滚珠丝杠副、传动(减速)系统、伺服电机、防护外壳、限位保护装置及控制系统组成.
  1)关键零部件。采用松下伺服系统，世铨载荷传感器，内米控光电编码器等。
      2)、同步圆弧齿形带减速系统，具有效率高、寿命长、噪音低、免维护的优点。许多设备现在还在继续使用蜗轮 蜗杆减速机。其主要原因是他们的伺服系统目前依然采用模拟速度控制方式，由于模拟控制所固有的零飘、失调、无法实现绝对的零速，所以必须利用蜗轮 蜗杆的自锁效应停车。现在采用是纯数字的锁相环位置脉冲控制模式，无零飘、无失调。
      3)、传动结构。采用高精度滚珠丝杠实现加载，因而，加载平稳，试验机的寿命长，长期稳定性好且节能。
      4)、且有多种保护措施。如：功率环节的各种电气保护，软件部分的超载，超位移保护，机械强制安全限位保护等。
      5).   开放的数据结构，无论是结果参数还是过程数据都允许用户随机调用。
     6).用户自编辑报告功能。数据可方便的导入Excel表格，方便用户后期处理。

  三、拉伸试件

  金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。
                 
  

  为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即或。
  对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为或，为标距段内的截面积。

  四、实验方法与步骤

  1、低碳钢的拉伸实验：

  1. 试件的准备：在试件中段取标距或在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径（在每处的两个互相垂直的方向各测一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。
  2. 试验机的准备；首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。根据低碳钢的强度极限及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，进入Rgtest控制系统,，进入主界面, 对主菜单中系统配置菜单依次进行试验方式、硬件设置、软件设置、环境参数、运行参数、运行结果等各项指标进行设置;再选择通讯菜单联机, 然后调整试验机下夹头位置，将试件夹装在夹头内,将负荷、位移清零.。
  3. 进行实验：试件夹紧后，试件缓慢均匀加载，计算机时时显示和变形的关系曲线（曲线）如图所示。从图中可以看出，当载荷增加到点时，拉伸图上段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合虎克定律的弹性变形范围。当载荷增加到点时，测力计指针停留不动或突然下降到点，然后在小的范围内摆动，这时变形增加很快，载荷增加很慢；这说明材料产生了流动（或者叫屈服）与点相应的应力叫上流动极限，与相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比较稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以点相对应的载荷值除以试件的原始截面积即得到低碳钢的流动极限，流动阶段后，试件要承受更大的外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中点至点这一段为强化阶段。当载荷达到最大值（点）时，试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。此时记下最大载荷值，用除以试件的原始截面积，就得到低碳钢的强度极限。在试件发生“颈缩”后，由于截面积的减小，载荷迅速下降，到点试件断裂。

  关闭机器，取下拉断的试件，将断裂的试件紧对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度，按下式可计算出低碳钢的延伸率
  。
  将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口（细颈）处的直径，计算出面积；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率，
  

  
  
  图1-2                              图1-3

  从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长不是均匀分布的。离断口愈近变形愈大，离断口愈远则变形愈小，因此测得的数值与断口的部位有关。为了统一值的计算，
  
  

  规定以断口在标距长度中央的区段内为准，来测量的值，若断口不在区段内时，需要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：
  设两标点到之间共刻有格，如图1-4所示，拉伸前各格之间距离相等，在断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线起，向右取格，标记为，这就相当于把断口摆在标距中央，再看点至点有多少格，就由点向左取相同的格数，标以记号，令表示到的长度，则的长度中包含的格数等于标距长度内的格数，故。
  当断口非常接近试件两端，而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，一般认为实验结果无效，需要重作实验。
  

  2、铸铁的拉伸实验：

  • 试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径取最小值计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限，估计拉伸试件的最大载荷。
  • 试验机的准备；与低碳钢拉伸实验相同
  • 进行实验：机器运行，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷，观察自动绘图装置上的曲线，如图1-3所示。将最大载荷值除以试件的原始截面积，就得到铸铁的强度极限。因为铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂，所以铸铁的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。