(1)測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度及塑性性能指標(biāo):下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度m斷后伸長(zhǎng)率A斷面收縮率 Z。

(2) 測(cè)定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo):抗拉強(qiáng)度 m。

(3)比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性能和破壞形式。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

(1)電子萬能試驗(yàn)機(jī)。

科準(zhǔn)測(cè)控5噸電子萬能試驗(yàn)機(jī)

(2) 游標(biāo)卡尺。

三、實(shí)驗(yàn)試樣

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第 1部分:溫試驗(yàn)方法》，金屬拉伸試樣隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格及試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌?，其橫截面形狀可分為圓形、矩形、多邊形、環(huán)形等，特殊情況下也可以為某些其他形狀，其中最常用的是圓形截面試樣和矩形截面試樣。

如圖 1-1 所示，圓形截面試樣和矩形截面試樣均由平行、過渡和夾持三部分組成。試樣平行部分的長(zhǎng)度記為L(zhǎng)c，對(duì)于未經(jīng)加工的試樣，平行長(zhǎng)度即為兩夾頭之間的距離。試樣的原始標(biāo)距Lo與橫截面面積So之間滿足關(guān)系的試樣稱為比例試樣，不滿足的則為非比例試樣。k值一般取5.65，且原始標(biāo)距應(yīng)不小于15mm。當(dāng)試樣橫截面面積過小時(shí)，眾值可取11.3，或者采用非比例試樣。試樣過渡部分以圓弧與平行部分光滑地連接，以保證試樣斷裂時(shí)的斷口在平行部分。夾持部分稍大，其形狀和尺寸根據(jù)試樣大小、材料特性、試驗(yàn)?zāi)康募叭f能試驗(yàn)機(jī)的夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1—2010。

1. 實(shí)驗(yàn)原理
2. 低碳鋼拉伸

低碳鋼是典型的塑性材料，其拉伸過程大致分為四個(gè)階段，即彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段。根據(jù)圖1-2可以測(cè)定低碳鋼拉伸彈性模量E、下屈服載荷Fel，以及最大載荷Fn。

圖1-2中，Lo為試樣的原始標(biāo)距，Lu為試樣的斷后標(biāo)距，So為試樣的原始橫截面面積，Su為試樣斷裂后的最小橫截面面積。試樣的塑性變形集中產(chǎn)生在頸縮處，并向兩邊逐漸減小。因此，斷口的位置不同，標(biāo)距Lo部分的塑性伸長(zhǎng)量也不同。若斷口在試樣的中部，則發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段全部在標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)，標(biāo)距長(zhǎng)度就有較大的塑性伸長(zhǎng)量；若斷口離標(biāo)距端很近，則發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段只有一部分在標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)，另一部分在標(biāo)距長(zhǎng)度外，在這種情況下，標(biāo)距長(zhǎng)度的塑性伸長(zhǎng)量就較小。因此，斷口的位置對(duì)所測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率有影響。為了避免這種影響，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)斷后標(biāo)距Lu的測(cè)定做了如下規(guī)定：測(cè)量時(shí)，兩段在斷口處應(yīng)緊密對(duì)接，盡量使兩段的軸線在一條直線上。若斷口處有縫隙，則此縫隙應(yīng)計(jì)入Lu內(nèi)；如果斷口在標(biāo)距長(zhǎng)度以外，或者雖在標(biāo)距長(zhǎng)度之內(nèi)，但離標(biāo)距端的距離小于2d，則實(shí)驗(yàn)無效。

彈性模量E的測(cè)定：材料在線彈性范圍內(nèi)，其應(yīng)力σ、應(yīng)變?chǔ)懦烧汝P(guān)系，即

2.灰鑄鐵拉伸

灰鑄鐵拉伸過程比較簡(jiǎn)單，可近似認(rèn)為經(jīng)彈性階段直接過渡到斷裂階段，沒有屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象，具體如圖1-3所示。斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率極小，灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于它的抗壓強(qiáng)度，是典型的脆性材料。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

（1）測(cè)量試樣的尺寸。選取試樣，每組一根低碳鋼、一根灰鑄鐵，可聽音判別材質(zhì)，并擦拭干凈；用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣的直徑和標(biāo)距，并記錄數(shù)據(jù)。

（2）拉伸試樣。按操作規(guī)程使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)拉伸試樣，觀察材料在拉伸時(shí)的現(xiàn)象，直至試樣被拉斷，記錄載荷數(shù)據(jù)。

（3）測(cè)量試樣斷后尺寸。取下試樣，將斷口吻合壓緊，用游標(biāo)卡尺量取斷后直徑和標(biāo)距。（4）利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)開展實(shí)驗(yàn)。具體操作規(guī)程如下：①開機(jī)，打開試驗(yàn)機(jī)主開關(guān)，然后打開計(jì)算機(jī)，進(jìn)入操作界面。

②根據(jù)試樣的形狀、尺寸更換合適的夾具。

③通過門柱上的控制盒，移動(dòng)上橫梁到合適位置。先裝好上夾頭，然后移動(dòng)橫梁，裝下夾頭。

④在計(jì)算機(jī)軟件中新建試樣，輸入試樣信息。試樣編號(hào)：低碳鋼XY1，灰鑄鐵XY2（X為批次，Y為組次）。

⑤選擇合適的速度。將位移和時(shí)間清零，點(diǎn)擊界面上的“力清零”，然后開始拉伸。對(duì)于低碳鋼，材料屈服前可采用2～5mm/min的速度；材料進(jìn)入強(qiáng)化階段后，用速度滑塊均勻加速到10～20mm/min。對(duì)于其他材料，按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

⑥試樣斷裂后，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，生成報(bào)告；然后在計(jì)算機(jī)軟件中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析→實(shí)驗(yàn)報(bào)告→獲取拉伸圖形和載荷數(shù)據(jù)。

⑦取下試樣，進(jìn)行下一個(gè)試樣的實(shí)驗(yàn)。

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審核編輯 黃昊宇