实验一 低碳钢及铸铁的拉伸试验
一、实验目的
1、通过拉伸破坏试验观察、分析低碳钢和铸铁的拉伸过程，比较其机械性能。
2、测定材料的强度指标和塑性指标。
二、实验设备
1、WEW-600屏显万能材料试验机或WE-B600液压万能材料试验机
2、千分尺、游标卡尺、直钢尺
三、试样的制备
一般拉伸试样由三部分组成，即工作部分、过渡部分和夹持部分。工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态。均匀部分的有效工作长度L 0称做标距，d 0、A 0分别代表工作部分的直径和面积,它们的 关系规定为L 0= k 0A 。为了使各种材料试件的尺寸和形状按国家统一规定，取试件直径d 0=10mm 标距L 0=10d 0或L 0=5d 0。
四、实验原理及方法
常温下的拉伸实验可以测定材料的弹性模量E 、屈服极限σs 、强度极限σb 、延伸率δ和断面收缩率Ψ等力学性能指标，这些参数都是工程设计的重要依据。
1、低碳钢弹性模量E 的测定
由材料力学可知，弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即 E=εσ
因为σ=P /A, ε=ΔL/L 0，所以弹性模量E 又可表示为 E=L A PL 0
∆ 式中：
E —材料的弹性模量，σ —应力，ε —应变，P —实验时所施加的载荷
A —以试件直径的平均值计算的横截面面积，L 0—引伸仪标距
ΔL —试件在载荷P 作用下，标距L 0段的伸长量。
可见在弹性变形范围内，对试件作用拉力P ，并量出拉力P 引起的标距内伸长ΔL ，即可求得弹性模量E 。
实验时，如使用WEW-600屏显万能材料试验机，它采用电子测量技术，由计算机对数据进行处理，屏幕显示试验力和变形。
如使用WE-B600液压万能材料试验机，拉力P 值由试验机读数盘示出，标距L 0=50mm （不同引伸仪标距不同），试件横截面面积A 可算出，只要测出标距段的伸长量ΔL ，就可得到弹性模量E 。
在弹性变形阶段内试件的变形很小，标距段的变形（伸长量ΔL ）需用放大倍数为200倍的球铰式引伸仪来测量。为检验载荷与变形之间的关系是否符合胡克定律，并减少测量误差，实验时一般用等增量法加载，即把载荷分成若干个等级，每次增加相同的载荷ΔP ，逐级加载。为保证应力不超出弹性范围，以屈服载荷的70%-80%作为测定弹性模量的最高载荷n P 。此外，为使试验机夹紧试件，消除试验机构的间隙等因素的影响，对试件应施加一个初始载荷P 0（本实验中P 0=2.0KN ）。
实验过程中，从P 0到
n P 逐级加载，载荷的每级增量均为ΔP 。对应着每级载荷P i ，记录相应的伸长i L ∆，1+∆i L 与i L ∆之差即为变形增量()i L ∆∆，它是p ∆引起的变形（伸长）增量。在逐级加载中，如果得到的()i L ∆∆基本相等，则表明ΔL 与P 为线性关系，符合虎克定理。完成一次加载过程，将得到P i 和i L ∆的一组数据，按平均法计算弹性模量，即
()L A L P E ∆∆⋅⋅∆⨯
=0200其中[]()i n
i L n L ∑=∆∆=∆∆11为变形增量的平均值；200为测量变形的放大倍数。
2、 屈服极限σs 、强度极限σb 的测定
测定弹模后继续加载使材料到屈服阶段，进入屈服阶段时，载荷常有上下波动，其中较大的载荷称为上屈服点，较小的称为下屈服点。一般用第一个波峰的下屈服点表示材料的屈服载荷P S ，它所对应的应力为屈服极限σs 。
屈服阶段过后，材料进入强化阶段，试件又恢复了承载能力。载荷达到最大值P b 时，试件某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象。这时载荷迅速下降，试件即将被拉断，这时所示的载荷即为破坏载荷P b ，它所对应的应力叫强度极限σb 。
即 0A P s s =
σ， 0A P s s =σ 其中20041d A π=，0d 为最小直径。
3、 延伸率δ和断面收缩率Ψ的测定
试件的原始标距L 0断后将两段试件紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为L 1,延伸率应为
001L L L -=δ×100%
式中L 0—试件原始标距，为50mm ；L 1—试件拉断后标距长度。
对于塑性材料，断裂前变形集中在颈缩处，该部分变形最大，距离断口位置越远，变形越小，即断裂位置对延伸率是有影响的。为了便于比较，规定断口在标距中央三分之一范围内测出的延伸率为测量标准。若断口不在此范围内，则需进行折算，也称断口移中。具体方法如下：以断口O 为起点，在长度上取基本等于短段格数得到B 点，当长段所剩格数为偶数时（如图b ）则由所剩格数的一半得到C 点，取BC 段长度将其移至短段边，则得到断口移中的标距长，其计算式为
L 1=AB +2BC
如果长段所剩格数为奇数时（如图C ）则由所剩格数加一格之半得C 1点和减一格之半得到C 点，移中后的标距长为， L 1=AB +1BC +BC
将计算所得的L 1代入式中，可求得折算后延伸率。
为了测定低碳钢的断面收缩率，试件拉断后，在断口处两端沿两个互相垂直的方向各测量一次直径，取其平均值计算断口处横截面积，再按下式计算面积收缩 率
Ψ=01
0A A A -×100%
式中A0—试件原始横截面积
A1——试件拉断后断口处最小面积
五、试验步骤
Ⅰ使用WEW-600屏显万能材料试验机的实验步骤
1、试验系统的开机顺序为：计算机→放大器箱→试验机
本软件的启动有多种方法：
a、按“开始”→“程序”→“WinPWS”,程序启动。
b、也可以双击屏幕上的WinPWS快捷方式直接启动软件。
c、找到PWS工作目录，选择WinPWS.exe可执行文件,双击启动。
试验系统的关机顺序为：试验机→放大器箱→计算机
本软件的退出操作：
a、退出所有操作面板，返回软件主菜单。
b、鼠标点击“试验操作”中的“退出”，或点击软件关闭按扭退出软件。
2、试验之前，先测量试件的直径，在标距两端及中部三个位置，沿相互垂直的方向，测量试件直径，求其平均值，将试件的原始尺寸，即平均直径、标距输入计算机。
3、估计试件的最大载荷选择试验力档位，一般为五档。选择变形力档位，一般选择一档或二档。
注意：计算机的档位与放大器的档位要一致。
4、按试验机的“电源”按钮，指示灯亮；开动油泵，拧开送油阀使试验台上升10毫米，然后关闭送油阀；打开主机开关。
5、按动夹紧按钮，使液压卡头电磁阀处于有电状态，将试件一端夹于上钳口，调整试验力零点，再调整下钳口，夹持试件下端，夹持试件时，应按钳口所刻的尺寸范围夹持试样，试件应该夹在钳口的全长上，一定保证试样夹持部分在钳口体内三分之二以上。
6、缓慢的拧开送油阀进行加荷，给试样一个较小的预载力（消除诸如间隙、非线性等因素），再按下“试验开始”按扭，继续加荷，在试验力达到5KN时，关闭主机。计算机开始绘制曲线。
7、试件断裂后，关闭送油阀，再打开主机工作，取下断裂的试件。
8、打开回油阀，使试验台回到初始位置。
低碳钢的拉伸试验须补充的步骤
引伸计的安装与摘除，引伸计是用于测量规定试样标距内变形的测量传感器，本实验用于测量低碳钢的弹性模量。具体操作如下：
