實(shí)驗(yàn)一 拉伸實(shí)驗(yàn)

      拉伸實(shí)驗(yàn)是測(cè)定材料力學(xué)性能的zui基本zui重要的實(shí)驗(yàn)之一。由本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的結(jié)果，可以說(shuō)明材料在靜拉伸下 的一些性能，諸如材料對(duì)載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、塑性、強(qiáng)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(qiáng)度計(jì)算的重要依據(jù)。

   一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?/h2>

• 測(cè)定低碳鋼的流動(dòng)極限、強(qiáng)度極限、延伸率、截面收縮率和鑄鐵的強(qiáng)度極限。
• 觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過(guò)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(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

  微機(jī)控制機(jī)械材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、等.試驗(yàn)機(jī)主要由上橫梁、移動(dòng)橫梁、傳感器、夾具接頭（十字頭）、夾具、下橫梁、滾珠絲杠副、傳動(dòng)（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(zhǎng)、噪音低、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。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(wú)法實(shí)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(wú)零飄、無(wú)失調(diào)。
      3）、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。采用高精度滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)加載，因而，加載平穩(wěn)，試驗(yàn)機(jī)的壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)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(qiáng)制安全限位保護(hù)等。
      5）.   開(kāi)放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，無(wú)論是結(jié)果參數(shù)還是過(guò)程數(shù)據(jù)都允許用戶隨機(jī)調(diào)用。
     6）.用戶自編輯報(bào)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(shí)驗(yàn)常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長(zhǎng)度稱為標(biāo)距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來(lái)測(cè)定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗(yàn)機(jī)的夾頭內(nèi)。
                 
   

  為了使實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果可以互相比較，試件必須按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)做成標(biāo)準(zhǔn)試件，即或。
  對(duì)于一般板的材料拉伸實(shí)驗(yàn)，也應(yīng)按國(guó)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(shí)驗(yàn)方法與步驟

  1、低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)：

  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(cè)量中間和兩端三處直徑（在每處的兩個(gè)互相垂直的方向各測(cè)一次取其平均值）取zui小值作為計(jì)算試件橫截面面積用。
  2. 試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備；首先了解材料試驗(yàn)機(jī)的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程。根據(jù)低碳鋼的強(qiáng)度極限及試件的橫截面積，初步估計(jì)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(duì)主菜單中系統(tǒng)配置菜單依次進(jìn)行試驗(yàn)方式、硬件設(shè)置、軟件設(shè)置、環(huán)境參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行結(jié)果等各項(xiàng)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(yàn)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(shí)驗(yàn)：試件夾緊后，試件緩慢均勻加載，計(jì)算機(jī)時(shí)時(shí)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(diǎn)時(shí)，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(diǎn)時(shí)，測(cè)力計(jì)指針停留不動(dòng)或突然下降到點(diǎn)，然后在小的范圍內(nèi)擺動(dòng)，這時(shí)變形增加很快，載荷增加很慢；這說(shuō)明材料產(chǎn)生了流動(dòng)（或者叫屈服）與點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)力叫上流動(dòng)極限，與相應(yīng)的應(yīng)力叫下流動(dòng)極限，因下流動(dòng)極限比較穩(wěn)定，所以材料的流動(dòng)極限一般規(guī)定按下流動(dòng)極限取值。以點(diǎn)相對(duì)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(dòng)極限，流動(dòng)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(diǎn)至點(diǎn)這一段為強(qiáng)化階段。當(dāng)載荷達(dá)到zui大值（點(diǎn)）時(shí)，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(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(duì)到一起，用游標(biāo)卡尺測(cè)量出斷裂后試件標(biāo)距間的長(zhǎng)度，按下式可計(jì)算出低碳鋼的延伸率
  。
  將斷裂的試件的斷口緊對(duì)在一起，用游標(biāo)卡尺量出斷口（*）處的直徑，計(jì)算出面積；按下式可計(jì)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(zhǎng)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(cè)得的數(shù)值與斷口的部位有關(guān)。為了統(tǒng)一值的計(jì)算，
  
  

  規(guī)定以斷口在標(biāo)距長(zhǎng)度中央的區(qū)段內(nèi)為準(zhǔn)，來(lái)測(cè)量的值，若斷口不在區(qū)段內(nèi)時(shí)，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(diǎn)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(zhǎng)的右段上從鄰近斷口的一個(gè)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(diǎn)至點(diǎn)有多少格，就由點(diǎn)向左取相同的格數(shù)，標(biāo)以記號(hào)，令表示到的長(zhǎng)度，則的長(zhǎng)度中包含的格數(shù)等于標(biāo)距長(zhǎng)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(shí)，一般認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)效，需要重作實(shí)驗(yàn)。
  

  2、鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)：

  • 試件的準(zhǔn)備：用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測(cè)量中間和兩端三處直徑取zui小值計(jì)算試件截面面積，根據(jù)鑄鐵的強(qiáng)度極限，估計(jì)拉伸試件的zui大載荷。
  • 試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備；與低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)相同
  • 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：機(jī)器運(yùn)行，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄zui大載荷，觀察自動(dòng)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(qiáng)度極限。因?yàn)殍T鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會(huì)斷裂，所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測(cè)出。