金屬材料的室溫拉伸試驗
[實驗目的]
1、測定低碳鋼的屈服強度reh 、rel及re 、抗拉強度rm 、斷後伸長率a和斷面收縮率z 。
2、測定鑄鐵的抗拉強度rm和斷後伸長率a。
3、觀察並分析兩種材料在拉伸過程中的各種現象（包括屈服、強化、冷作硬化和頸縮等現象），並繪製拉伸圖。
4、比較低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵（脆性材料）拉伸機械效能的特點。
[使用裝置]
萬能試驗機、游標卡尺、試樣分劃器或鋼筋標距儀
[試樣]
本試驗採用經機加工的直徑d =10 mm的圓形截面比例試樣，其是根據國家試驗規範的規定進行加工的。它有夾持、過渡和平行三部分組成（見圖2－1），它的夾持部分稍大，其形狀和尺寸應根據試樣大小、材料特性、試驗目的以及試驗機夾具的形狀和結構設計，但必須保證軸向的拉伸力。其夾持部分的長度至少應為楔形夾具長度的3/4（試驗機配有各種夾頭，對於圓形試樣一般採用楔形夾板夾頭，夾板表面製成凸紋，以便夾牢試樣）。
機加工帶頭試樣的過渡部分是圓角，與平行部分光滑連線，以保證試樣破壞時斷口在平行部分。平行部分的長度lc按現行國家標準中的規定取lo+d ，lo是試樣中部測量變形的長度，稱為原始標距。
[實驗原理]
按我國目前執行的國家gb/t 228—2002標準——《金屬材料室溫拉伸試驗方法》的規定，在室溫10℃～35℃的範圍內進行試驗。
將試樣安裝在試驗機的夾頭中，然後開動試驗機，使試樣受到緩慢增加的拉力（應根據材料效能和試驗目的確定拉伸速度），直到拉斷為止，並利用試驗機的自動繪圖裝置繪出材料的拉伸圖（圖2－2所示）。
應當指出，試驗機自動繪圖裝置繪出的拉伸變形δl主要是整個試樣（不只是標距部分）的伸長，還包括機器的彈性變形和試樣在夾頭中的滑動等因素。由於試樣開始受力時，頭部在夾頭內的滑動較大，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線。
1、低碳鋼（典型的塑性材料）
當拉力較小時，試樣伸長量與力成正比增加，保持直線關係，拉力超過fp後拉伸曲線將由直變曲。保持直線關係的最大拉力就是材料比例極限的力值fp 。
在fp的上方附近有一點是fc，若拉力小於fc而解除安裝時，解除安裝後試樣立刻恢復原狀，若拉力大於fc後再解除安裝，則試件只能部分恢復，保留的殘餘變形即為塑性變形，因而fc是代表材料彈性極限的力值。
當拉力增加到一定程度時，試驗機的示力指標（主動針）開始擺動或停止不動，拉伸圖上出現鋸齒狀或平台，這說明此時試樣所受的拉力幾乎不變但變形卻在繼續，這種現象稱為材料的屈服。低碳鋼的屈服階段常呈鋸齒狀，其上屈服點b′受變形速度及試樣形式等因素的影響較大，而下屈服點b則比較穩定（因此工程上常以其下屈服點b所對應的力值fel作為材料屈服時的力值）。確定屈服力值時，必須注意觀察讀數表盤上測力指標的轉動情況，讀取測力度盤指標首次迴轉前指示的最大力feh（上屈服荷載）和不計初瞬時效應時屈服階段中的最小力fel（下屈服荷載）或首次停止轉動指示的恆定力fel（下屈服荷載），將其分別除以試樣的原始橫截面積（s0）便可得到上屈服強度reh和下屈服強度rel。
即reh= feh/s0rel = fel/s0
屈服階段過後，雖然變形仍繼續增大，但力值也隨之增加，拉伸曲線又繼續上公升，這說明材料又恢復了抵抗變形的能力，這種現象稱為材料的強化。在強化階段內，試樣的變形主要是塑性變形，比彈性階段內試樣的變形大得多，在達到最大力fm之前，試樣標距範圍內的變形是均勻的，拉伸曲線是一段平緩上公升的曲線，這時可明顯地看到整個試樣的橫向尺寸在縮小。此最大力fm為材料的抗拉強度力值，由公式rm=fm/s0 即可得到材料的抗拉強度rm。
如果在材料的強化階段內解除安裝後再載入，直到試樣拉斷，則所得到的曲線如圖2－3所示。解除安裝時曲線並不沿原拉伸曲線卸回，而是沿近乎平行於彈性階段的直線卸回，這說明解除安裝前試樣中除了有塑性變形外，還有一部分彈性變形；解除安裝後再繼續載入，曲線幾乎沿解除安裝路徑變化，然後繼續強化變形，就像沒有解除安裝一樣，這種現象稱為材料的冷作硬化。顯然，冷作硬化提高了材料的比例極限和屈服極限，但材料的塑性卻相應降低。
當荷載達到最大力fm後，示力指標由最大力fm緩慢迴轉時，試樣上某一部位開始產生區域性伸長和頸縮，在頸縮發生部位，橫截面面積急劇縮小，繼續拉伸所需的力也迅速減小，拉伸曲線開始下降，直至試樣斷裂。此時通過測量試樣斷裂後的標距長度lu和斷口處最小直徑du，計算斷後最小截面積（su），由計算公式
、即可得到試樣的斷後伸長率a和斷面收縮率z。
2、鑄鐵（典型的脆性材料）
脆性材料是指斷後伸長率a＜5％ 的材料，其從開始承受拉力直至試樣被拉斷，變形都很小。而且，大多數脆性材料在拉伸時的應力－應變曲線上都沒有明顯的直線段，幾乎沒有塑性變形，也不會出現屈服和頸縮等現象（如圖2－2b所示），只有斷裂時的應力值——強度極限。
鑄鐵試樣在承受拉力、變形極小時，就達到最大力fm而突然發生斷裂，其抗拉強度也遠小於低碳鋼的抗拉強度。同樣，由公式rm=fm/s0 即可得到其抗拉強度rm，而由公式則可求得其斷後伸長率a。
[試驗步驟]
一、低碳鋼拉伸試驗
1、試樣準備：
為了便於觀察標距範圍內沿軸向的變形情況，用試樣分劃器或標距儀在試樣標距l0 範圍內每隔5 mm刻劃一標記點（注意標記刻劃不應影響試樣斷裂），將試樣的標距段分成十等份。
用游標卡尺測量標距兩端和中間三個橫截面處的直徑，在每一橫截面處沿相互垂直的兩個方向各測一次取其平均值，用三個平均值中最小者計算試樣的原始橫截面積s0（計算時s0應至少保留四位有效數字）。
2、試驗機準備：
根據低碳鋼的抗拉強度rm和試樣的原始橫截面積s0估計試驗所需的最大荷載，並據此選擇合適的量程，配上相應的砝碼砣，做好試驗機的調零（注意：應消除試驗機工作平台的自重）、安裝繪圖紙筆等準備工作。
3、裝夾試樣：
先將試樣安裝在試驗機的上夾頭內，再移動試驗機的下夾頭（或工作平台、或試驗機橫樑）使其達到適當位置，並把試樣下端夾緊（注意：應盡量將試樣的夾持段全部夾在夾頭內，並且上下要對稱。完成此步操作時切忌在裝夾試樣時對試樣加上了荷載）。
4、檢查試車：
請教師檢查以上步驟完成情況，然後啟動試驗機，預加少許荷載後（對應的應力不能超過材料的比例極限），解除安裝回至零點，以檢查試驗機工作是否正常。同時消除試樣在夾頭中的滑移對繪製拉伸圖曲線的影響。
5、進行試驗：
開動試驗機使之緩慢勻速載入（依據規範要求，在屈服前以6～60 mpa/s的速率載入），並注意觀察示力指標的轉動、自動繪圖的情況和相應的試驗現象。當主動針不動或倒退時說明材料開始屈服，記錄上屈服點feh（主動針首次迴轉前的最大力）和下屈服點fel（屈服過程中不計初始瞬時效應時的最小力或主動針首次停止轉動的恆定力），具體情況如圖2－4所示（說明：前所給出的載入速率是國標中規定的測定上屈服點時應採用的速率，在測定下屈服點時，平行長度內的應變速率應在0.
00025～0.0025∕s之間，並應盡可能保持恆定。如果不能直接控制這一速率，則應固定屈服開始前的應力速率直至屈服階段完成）。
根據國標規定，材料屈服過後，試驗機的速率應使試樣平行長度內的應變速率不超過0.008/s。在此條件下繼續載入，並注意觀察主動針的轉動、自動繪圖的情況和相應的試驗現象（強化、冷作硬化和頸縮等現象——在強化階段的任一位置解除安裝後再載入進行冷作硬化現象的觀察；此後，待主動針再次停止轉動而緩慢迴轉時，材料進入頸縮階段，注意觀察試樣的頸縮現象），直至試樣斷裂停車。
記錄所加的最大荷載fm（從動針最後停留的位置）。
6、試樣斷後尺寸測定：
取出試樣斷體，觀察斷口情況和位置。將試樣在斷裂處緊密對接在一起，並盡量使其軸線處於同一直線上，測量斷後標距lu和頸處的最小直徑du（應沿相互垂直的兩個方向各測一次取其平均值），計算斷後最小橫截面積su。
注意：在測定lu時，若斷口到最臨近標距端點的距離不小於1/3l0，則直接測量標距兩端點的距離；若斷口到最臨近標距端點的距離小於1/3l0，則按圖2－5所示的移位法測定：符合圖（a）情況的，lu=ac+bc，符合圖（b）情況的，lu=ac1+bc；若斷口非常靠近試樣兩端，而其到最臨近標距端點的距離還不足兩等份，且測得的斷後伸長率小於規定值，則試驗結果無效，必須重做。
此時應檢查試樣的質量和夾具的工作狀況，以判斷是否屬於偶然情況。
7、歸整實驗裝置：
卸回油缸中的液壓油，取下繪記錄圖紙，請教師檢查試驗記錄，經認可後清理試驗現場和所用儀器裝置，並將所用的儀器裝置全部恢復原狀。
二、鑄鐵拉伸試驗
1、測量試樣原始尺寸：
測量方法要求同前，但只用快乾墨水或帶色塗料標出兩標距端點，不用等分標距段。
2、試驗機準備：（要求同前）。
3、安裝試樣：（方法同前）。
4、檢查試驗機工作是否正常：（檢查同前，但勿需試車）。
5、進行試驗：
開動試驗機，保持試驗機兩夾頭在力作用下的分離速率使試樣平行長度內的應變速率不超過0.008/s的條件下對試樣進行緩慢載入，直至試樣斷裂為止。停機並記錄最大力fm。
6、試樣斷後尺寸測定：
取出試樣斷體，觀察斷口情況。然後將試樣在斷裂處緊密對接在一起，並盡量使其軸線處於同一直線上，測量試樣斷後標距lu（直接用游標卡尺測量標距兩端點的距離）。
7、歸整實驗裝置：
卸回油缸中的液壓油，取下繪記錄圖紙，請教師檢查試驗記錄，經認可後清理試驗現場和所用儀器裝置，並將所使用的儀器裝置全部復原。
8、結束試驗：
完成全部測量後，將試驗資料記錄、試驗機所繪的曲線圖和實驗卡片一併交指導教師檢查驗收、簽字認可後方可離開實驗室。
[試驗資料記錄]（參考記錄**）
表2－1、試樣原始尺寸
表2－2、試驗資料記錄單位：kn
表2－3、試樣斷後尺寸
[資料處理]
[實驗報告要求]
實驗二金屬材料拉伸試驗
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GBT228金屬材料室溫拉伸試驗方法
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