西安交通大学材料力学性能实验报——金属材料静拉伸.doc

材料力学性能实验报告姓名：班级：学号：成绩：实验名称实验一 金属材料静拉伸试验实验设备1）电子拉伸材料试验机一台，型号CSS-88100；2）位移传感器一个；3）刻线机一台；4）游标卡尺一把；5）铝合金和20#钢。试样示意图图1 圆柱形拉伸标准试样示意图试样宏观断口示意图 图2 铝合金试样常温拉伸断裂图和断口图（和试样中轴线大约成45角的纤维状断口，几乎没有颈缩，可以知道为切应力达到极限，发生韧性断裂） 图3 正火态20#钢常温拉伸断裂图和断口图 （可以明显看出，试样在拉断之后在断口附近产生颈缩。断口处可以看出有三个区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏，有较大的塑性变形；2.放射区，表面较光亮平坦，有较细的放射状条纹；3.剪切唇，轴线成45角左右的倾斜断口）原始数据记录 表1 正火态20#钢试样的初始直径测量数据（单位：mm）左中右平均值9.9010.0010.009.979.9210.0010.0010.0010.009.92左中右平均值8.708.728.688.698.688.708.708.648.728.70 表2 时效铝合金试样的初始直径测量数据（单位：mm）两试样的初始标距为。表3 铝合金拉断后标距测量数据记录（单位：mm）ABBCAB+2BC平均12.3223.1658.6458.7924.0217.4658.94测量20#钢拉断后的平均标距为=69.53 mm，断口的直径平均值为=6.00 mm。 测量得到铝合金拉断后的断面直径平均值为7.96mm。数据处理：1.20#钢正火材料（具有明显物理屈服平台的材料） 20#钢正火材料试样的载荷-位移曲线试验结果见图4。（1）由图可得各特征力值及对应的位移值分别为：比例伸长力； 下屈服力；最大力； 断裂载荷；断裂后塑性伸长； 断裂后弹性伸长。（2）由各特征力值计算各强度指标比例强度： 下屈服强度： 抗拉强度： 断裂强度： （3）由各特征位移及实验所测数据计算塑性指标（断后伸长率和断面收缩率）断后伸长率：断面收缩率：2. 铝合金材料（不具有明显的物理屈服平台）铝合金材料试样常温拉伸实验载荷-位移曲线如图6。由于铝合金材料不具有明显的物理屈服平台，其屈服强度一般采用规定非比例延伸强度表示。即在横轴上找应变为0.2%的点，过此点作平行于载荷-位移曲线弹性段的辅助线与载荷-位移曲线相交，相交点即为力值点。则条件屈服强度可由下式计算： 在载荷-位移曲线上，找的点，作BM的平行线，如图6所示，得到。（1）由图6可得各特征力值分别为：比例伸长力； 条件屈服载荷；最大力。（2） 由各特征力值求得各强度指标为：比例强度：条件屈服强度：抗拉强度：（3） 由所测数据计算塑性指标（断后伸长率和断面收缩率）：断后伸长率：断面收缩率：两种材料的常温拉伸实验数据如下：表4 20#钢正火态试样常温拉伸试验数据表初始截面积So(mm)初始标距Lo(mm)断后伸长率A(%)比例伸长力Fp(kN)下屈服力Fel(kN)最大力Fm(kN)断裂力FF(kN)78.075039.0620.624.537.227.1断后截面积Su(mm)断后标距Lu(mm)断面收缩率Z(%)比例强度Rp(MPa)下屈服强度Rel(MPa)抗拉强度Rm(MPa)断裂强度RF(MPa)28.2769.5363.79263.9313.8476.5347.1表5 铝合金试样常温拉伸试验数据表初始截面积So(mm)初始标距Lo(mm)断后伸长率A(%)比例伸长力Fp(kN)条件屈服力Fp0.2(kN)最大力Fm(kN)59.315017.5819.025.734.6断后截面积Su(mm)断后标距Lu(mm)断面收缩率Z(%)比例强度Rp(MPa)条件屈服强度Fp0.2(MPa)抗拉强度Rm(MPa)49.7658.7916.10320.3433.3583.4实验分析： 本实验是金属材料的静拉伸实验，分别对铝合金和20#钢进行了拉伸实验。通过测绘试样的载荷-位移曲线，得到20#钢的屈服强度Rel与抗拉强度Rm和铝合金的条件屈服强度Rp与抗拉强度Rm，及其二者的塑性指标断后延伸率A和断面收缩率Z。而且通过对拉伸断口的分析，初步对材料的断裂类型有了一定的认识和了解。 本实验的拉伸设备是CSS-88100电子万能试验机，它具有很多的特性：高性能的负荷机架，先进的机械传动机构，适用于金属、非金属、复合材料的拉伸、压缩、弯曲试验。可对试验数据实时采集、运算处理、实时显示并打印结果报告。程序具有采集数据、绘制曲线、曲线局部放大或缩小、曲线单显或多条曲线叠加对比、打印预览及人工有效修订数据等功能。本实验的误差来源主要有：（1） 仪器误差：试验机的固有误差以及测量工具的误差；（2） 人为误差：游标卡尺读数误差，标距误差，作图误差；（3） 计算误差：有效数字保留误差。实验思考题：1. 提高金属材料的屈服强度有哪些方法？使用已学过的专业知识就每种方法各举一个例子。答：提高金属的方法有：（1） 固溶强化：材料表面进行渗碳、渗氮等提高材料的屈服强度。（2） 形变强化：汽车外壳采用冲压技术提高强度。（3） 沉淀强化和弥散强化：粉末冶金。（4） 晶粒细化：材料的高温退火处理，减小晶粒，提高强度。2. 为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率这两个指标来衡量？他们在工程上有什么实际意义？答：为了确定材料的塑性变形能力以及量化比较其塑性变形能力，而且保证塑性的度量标准真正反映材料本身的塑性好坏，而不