實驗一 拉伸實驗

      拉伸實驗是測定材料力學(xué)性能的zui基本zui重要的實驗之一。由本實驗所測得的結(jié)果，可以說明材料在靜拉伸下 的一些性能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、塑性、強度等重要機(jī)械性能，這些性能是工程上合理地選用材料和進(jìn)行強度計算的重要依據(jù)。

   一、實驗?zāi)康囊?/h2>

• 測定低碳鋼的流動極限、強度極限、延伸率、截面收縮率和鑄鐵的強度極限。
• 觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現(xiàn)的現(xiàn)象，觀察外力和變形間的關(guān)系曲線（曲線）。
• 比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。
  

  二、實驗設(shè)備和儀器

  微機(jī)控制機(jī)械材料試驗機(jī)、游標(biāo)卡尺、等.試驗機(jī)主要由上橫梁、移動橫梁、傳感器、夾具接頭（十字頭）、夾具、下橫梁、滾珠絲杠副、傳動（減速）系統(tǒng)、伺服電機(jī)、防護(hù)外殼、限位保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)組成.
  1）關(guān)鍵零部件。采用松下伺服系統(tǒng)，世銓載荷傳感器，內(nèi)米控光電編碼器等。
      2）、同步圓弧齒形帶減速系統(tǒng)，具有效率高、壽命長、噪音低、免維護(hù)的優(yōu)點。許多設(shè)備現(xiàn)在還在繼續(xù)使用蝸輪 蝸桿減速機(jī)。其主要原因是他們的伺服系統(tǒng)目前依然采用模擬速度控制方式，由于模擬控制所固有的零飄、失調(diào)、無法實現(xiàn)的零速，所以必須利用蝸輪 蝸桿的自鎖效應(yīng)停車?，F(xiàn)在采用是純數(shù)字的鎖相環(huán)位置脈沖控制模式，無零飄、無失調(diào)。
      3）、傳動結(jié)構(gòu)。采用高精度滾珠絲杠實現(xiàn)加載，因而，加載平穩(wěn)，試驗機(jī)的壽命長，長期穩(wěn)定性好且節(jié)能。
      4）、且有多種保護(hù)措施。如：功率環(huán)節(jié)的各種電氣保護(hù)，軟件部分的超載，超位移保護(hù)，機(jī)械強制安全限位保護(hù)等。
      5）.   開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，無論是結(jié)果參數(shù)還是過程數(shù)據(jù)都允許用戶隨機(jī)調(diào)用。
     6）.用戶自編輯報告功能。數(shù)據(jù)可方便的導(dǎo)入Excel表格，方便用戶后期處理。

  三、拉伸試件

  金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度稱為標(biāo)距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗機(jī)的夾頭內(nèi)。
                 
   

  為了使實驗測得的結(jié)果可以互相比較，試件必須按國家標(biāo)準(zhǔn)做成標(biāo)準(zhǔn)試件，即或。
  對于一般板的材料拉伸實驗，也應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)做成矩形截面試件。其截面面積和試件標(biāo)距關(guān)系為或，為標(biāo)距段內(nèi)的截面積。

  四、實驗方法與步驟

  1、低碳鋼的拉伸實驗：

  1. 試件的準(zhǔn)備：在試件中段取標(biāo)距或在標(biāo)距兩端用腳標(biāo)規(guī)打上沖眼作為標(biāo)志，用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑（在每處的兩個互相垂直的方向各測一次取其平均值）取zui小值作為計算試件橫截面面積用。
  2. 試驗機(jī)的準(zhǔn)備；首先了解材料試驗機(jī)的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)試驗機(jī)的操作規(guī)程。根據(jù)低碳鋼的強度極限及試件的橫截面積，初步估計拉伸試件所需zui大載荷，進(jìn)入Rgtest控制系統(tǒng),，進(jìn)入主界面, 對主菜單中系統(tǒng)配置菜單依次進(jìn)行試驗方式、硬件設(shè)置、軟件設(shè)置、環(huán)境參數(shù)、運行參數(shù)、運行結(jié)果等各項指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置;再選擇通訊菜單聯(lián)機(jī), 然后調(diào)整試驗機(jī)下夾頭位置，將試件夾裝在夾頭內(nèi),將負(fù)荷、位移清零.。
  3. 進(jìn)行實驗：試件夾緊后，試件緩慢均勻加載，計算機(jī)時時顯示和變形的關(guān)系曲線（曲線）如圖所示。從圖中可以看出，當(dāng)載荷增加到點時，拉伸圖上段是直線，表明此階段內(nèi)載荷與試件的變形成比例關(guān)系，即符合虎克定律的彈性變形范圍。當(dāng)載荷增加到點時，測力計指針停留不動或突然下降到點，然后在小的范圍內(nèi)擺動，這時變形增加很快，載荷增加很慢；這說明材料產(chǎn)生了流動（或者叫屈服）與點相應(yīng)的應(yīng)力叫上流動極限，與相應(yīng)的應(yīng)力叫下流動極限，因下流動極限比較穩(wěn)定，所以材料的流動極限一般規(guī)定按下流動極限取值。以點相對應(yīng)的載荷值除以試件的原始截面積即得到低碳鋼的流動極限，流動階段后，試件要承受更大的外力，才能繼續(xù)發(fā)生變形若要使塑性變形加大，必須增加載荷，如圖形中點至點這一段為強化階段。當(dāng)載荷達(dá)到zui大值（點）時，試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內(nèi)，此段發(fā)生截面收縮，即出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象。此時記下zui大載荷值，用除以試件的原始截面積，就得到低碳鋼的強度極限。在試件發(fā)生“頸縮”后，由于截面積的減小，載荷迅速下降，到點試件斷裂。

  關(guān)閉機(jī)器，取下拉斷的試件，將斷裂的試件緊對到一起，用游標(biāo)卡尺測量出斷裂后試件標(biāo)距間的長度，按下式可計算出低碳鋼的延伸率
  。
  將斷裂的試件的斷口緊對在一起，用游標(biāo)卡尺量出斷口（*）處的直徑，計算出面積；按下式可計算出低碳鋼的截面收縮率，
   

  
  
  圖1-2                              圖1-3

  從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大，離斷口愈遠(yuǎn)則變形愈小，因此測得的數(shù)值與斷口的部位有關(guān)。為了統(tǒng)一值的計算，
  
  

  規(guī)定以斷口在標(biāo)距長度中央的區(qū)段內(nèi)為準(zhǔn)，來測量的值，若斷口不在區(qū)段內(nèi)時，需要采用斷口移中的方法進(jìn)行換算，其方法如下：
  設(shè)兩標(biāo)點到之間共刻有格，如圖1-4所示，拉伸前各格之間距離相等，在斷裂試件較長的右段上從鄰近斷口的一個刻線起，向右取格，標(biāo)記為，這就相當(dāng)于把斷口擺在標(biāo)距中央，再看點至點有多少格，就由點向左取相同的格數(shù)，標(biāo)以記號，令表示到的長度，則的長度中包含的格數(shù)等于標(biāo)距長度內(nèi)的格數(shù)，故。
  當(dāng)斷口非常接近試件兩端，而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時，一般認(rèn)為實驗結(jié)果無效，需要重作實驗。
  

  2、鑄鐵的拉伸實驗：

  • 試件的準(zhǔn)備：用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑取zui小值計算試件截面面積，根據(jù)鑄鐵的強度極限，估計拉伸試件的zui大載荷。
  • 試驗機(jī)的準(zhǔn)備；與低碳鋼拉伸實驗相同
  • 進(jìn)行實驗：機(jī)器運行，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄zui大載荷，觀察自動繪圖裝置上的曲線，如圖1-3所示。將zui大載荷值除以試件的原始截面積，就得到鑄鐵的強度極限。因為鑄鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂，所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測出。