低合金钢的拉伸力学性能实验讲义
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低合金钢的拉伸力学性能实验
概述
常温、静载下的轴向拉伸试验是材料力学试验中最基本、应用最广泛的试验。
通过拉伸试验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。
这些性能指标对材料力学的分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有极其重要的作用。
一、实验目的
1.测定管线钢拉伸时的强度性能指标：比例极限、屈服极限和强度极限。
2.测定管线钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率δ和断面收缩率ψ。
3.绘制管线钢的应力-应变曲线图。
二、实验设备和仪器
1.慢拉伸试验机
2.游标卡尺。
三、实验试样
实验材料选择X70管线钢，化学成分如表1：
元素C Mn Si Ni Cr Cu Nb S P
含量0.065 1.570.230.20.180.220.0560.0020.0019
按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。
其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样，本实验中选择矩形截面试样。
图1是本实验所用拉伸试样（管线钢X70）的尺寸。
图1 拉伸试样尺寸
四、实验原理与方法
1. 材料拉伸时，经历四个阶段，弹性、屈服、硬化、缩颈。
图2 典型拉伸应力应变图
（1）线性阶段
在拉伸的初始阶段，应力-应变曲线为一直线（图中之ob），说明在此阶段内，正应力与正应变成正比，即σ∝ε
线性阶段最高点b所对应的正应力，称为材料的比例极限。
（2）屈服阶段
超过比例极限之后，应力与应变之间不再保持正比关系。
当应力增加至某一定值时应力-应变曲线出现水平线段（可能有微小波动）。
在此阶段内，应力几乎不变，而变形却急剧增长，材料失去抵抗继续变形的能力。
当应力达到一定值时，，应力虽不增加（或在微小范围内波动），而变形却急剧增长的现象，成为屈服。
使材料发生屈服的正应力，称之为材料的屈服应力或屈服极限。
（3）硬化阶段
经过屈服阶段之后，材料又增强了抵抗变形的能力。
这是，要使材料继续变形需要增大应力。
经过屈服滑移之后，材料重新呈现抵抗继续变形的能力，称之为应变硬化。
（4）缩颈阶段
当应力增大至最大值之后，试样的某一局部显著收缩，产生所谓缩颈。
缩颈出现之后，使试样继续变形所需要的拉力减小，应力-应变曲线相应呈现下降，最后导致试样在缩颈处断裂。
2.测定管线钢拉伸时的强度和塑性性能指标
缓慢加载直至试样拉断，以测出低碳钢在拉伸时的力学性能。
（1）强度性能指标
屈服极限（屈服点）s σ——试样在拉伸过程中载荷不增加而试样仍能继续产生变形时的载荷（即屈服载荷）s F 除以原始横截面面积A 所得的应力值，即
A
F s
s =
σ 强度极限b σ——试样在拉断前所承受的最大载荷b F 除以原始横截面面积A 所得的应力值，即
A
F b
b =
σ 试样超过屈服载荷后，再继续缓慢加载直至试样被拉断，试验数据中最大载荷即为极限载荷。
当载荷达到最大载荷后，又有所下降，此时可以看到，在试样的某一部位局部变形加快，出现颈缩现象，随后试样很快被拉断。
（2）塑性性能指标
伸长率δ——拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，即
%1001⨯-=
l
l
l δ 式中：l 为试样的原始标距；1l 为将拉断的试样对接起来后两标点之间的距离。
断面收缩率ψ——拉断后的试样在断裂处的最小横截面面积的缩减量与原始横截面面积的百分比，即
%1001
⨯-=
A
A A ψ 式中：A 为试样的原始横截面面积；1A 为拉断后的试样在断口处的最小横截面面积。
五、实验步骤
（1）对试样进行预处理。
（用60#、150#、240#、400#、800#、1500#砂纸依次打磨） （2）测量试样的尺寸。
（有效长度、有效宽度、有效厚度、标距） （3）把试样安装在拉伸试验机上。
（4）打开软件，进行联机。
（5）设定拉伸方案，试验速率为-1mm/min 。
（6）调整速度及方向使得负荷为500N 左右时，检查试样拉伸方向与试样平行。
（7）把位移清零，再进行试验（即附加载荷），直至试样断裂。
（8）取下拉断后的试样，将断口吻合压紧，用游标卡尺量取拉伸后的标距。
六、实验数据的记录与计算
1. 应力应变曲线的绘制
2. 参数记录与计算
表1 测定管线钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算。
