西安石油大学：《材料科学与工程》课程教学资源（讲义）金属拉伸实验（验证性实验）

西安石油大学材料科学与工程学院一、实验目的1．观察、了解金属材料在拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化、颈缩及断裂）；2.测定金属材料（低碳钢和铸铁）的强度和塑性指标：屈服点 αs、抗拉强度 αb、断后伸长率8、断面收缩率Φ。（应按新标准ReL、Rm、A、Z)

西安石油大学材料科学与工程学院 2 一 、实验目的 1. 观察、了解金属材料在拉伸过程中的各种现 象（包括屈服、强化、颈缩及断裂）； 2. 测定金属材料（低碳钢和铸铁）的强度和塑 性指标：屈服点σs、抗拉强度σb、断后伸长率 δ、断面收缩率ψ 。（应按新标准ReL、Rm、A、 Z）

西安石油大学材料科学与工程学院二、实验概述2.1金属力学性能基本概念：应力及应力类型工程构件可能受到的应力类型有：拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲等。力应力类型变形方式拉伸单向应力伸长+压缩压缩剪切剪切应力剪切扭转力矩·扭转扭转弯曲弯曲力矩弯曲-

西安石油大学材料科学与工程学院 2.1金属力学性能基本概念：应力及应力类型 工程构件可能受到的应力类型有：拉伸、压缩、 剪切、扭转、弯曲等。 二、实验概述 力 变形方式 应力类型 单向应力 剪切应力 扭转力矩 弯曲力矩 伸长 拉伸 压缩 压缩 剪切 剪切 扭转 扭转 弯曲 弯曲

西安石油大学材料科学与工程学院2.1金属力学性能基本概念：应力及应力类型金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止

西安石油大学材料科学与工程学院 4 金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍 采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材 料的强度和塑性指标的。 此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属 光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态 和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸 载荷，直至把试样拉断为止。 2.1金属力学性能基本概念：应力及应力类型

西安石油大学材料科学与工程学院2.1金属力学性能基本概念：应力及应力类型强度指标：试样发生屈服或条件屈服时的载荷，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，用以求得该材料的屈服点αs，屈服强度0.2和强度极限ob。塑性指标：用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，可求得该材料的延伸率8和断面收缩率虫。5

西安石油大学材料科学与工程学院 5 强度指标：试样发生屈服或条件屈服时的载荷， 以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截 面积，用以求得该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2 和强度极限σb。 塑性指标：用试样断后的标距增长量及断处横 截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度， 及试样的原始横截面积，可求得该材料的延伸率δ 和断面收缩率φ。 2.1金属力学性能基本概念：应力及应力类型

西安石油大学材料科学与工程学院2.2单向拉伸试验特点应力状态：单向拉应力，应力状态简单，最常用的力学性能试验方法拉伸试验反映的信息：弹性变形、塑性变形和断裂（三种基本力学行为）：能综合评定力学性能。通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延伸率、加工硬化和韧性等重要的力学性能指标，它是材料的基本力学性能。a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之一b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、断裂性能。C.研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能时，都要测定材料的拉伸性能。注意：拉伸试验的应力状态、加载速率、温度、试样等都有严格规定（方法：GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》）

西安石油大学材料科学与工程学院 2.2单向拉伸试验特点 v 应力状态：单向拉应力，应力状态简单，最常用的力学性能试验方法 v 拉伸试验反映的信息：弹性变形、塑性变形和断裂（三种基本力学行为）， 能综合评定力学性能。 v 通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延伸率、加工硬化和韧性等重要的 力学性能指标，它是材料的基本力学性能。 a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之一。 b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、断裂性能。 c.研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能时，都要测定材料的 拉伸性能。 注意：拉伸试验的应力状态、加载速率、温度、试样等都有严格规定（方法： GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验第1部分：室温试验方法》）

西安石油大学材料科学与工程学院新旧符合对比表GB/T228-2002标准GB/T228-1987旧标准GB/T228-2010新标准名称符号名称符号-屈服点屈服强度①as上屈服强度ReH上屈服点OsuRel下屈服强度下屈服点OsLR,规定残余延伸强度规定残余延伸应力o,Rm抗拉强度抗拉强度ObA或A11.3断后伸长率断后伸长率0,或010Z断面收缩率断面收缩率4

西安石油大学材料科学与工程学院 新旧符合对比表 GB/T 228-2002标准 GB/T 228-2010新标准 GB/T 228-1987旧标准 名称 符号 名称 符号 屈服强度① － 屈服点 σs 上屈服强度 ReH 上屈服点 σsU 下屈服强度 ReL 下屈服点 σsL 规定残余延伸强度 Rr 规定残余延伸应力 σr 抗拉强度 Rm 抗拉强度 σb 断后伸长率 A或A11.3 断后伸长率 δ5或δ10 断面收缩率 Z 断面收缩率 ψ

西安石油大学材料科学与工程学院2.2单向拉伸试验特点可移动横梁do=13mm载荷与位移读试样数-Lo=50mm-载荷和运动控制试验条件和样品要符合标准；工程应力：αengstress=P/AO，其中AO→原始截面积真应力：αtruestress =P/A，其中A =实时截面积

西安石油大学材料科学与工程学院 可移动横梁 试样 载荷与 位移读 数 载荷和运 动控制 v 试验条件和样品要符合标准； v 工程应力：σengstress = P/A0，其中A0  原始截面积 v 真应力：σtruestress = P/A，其中 A = 实时截面积 2.2单向拉伸试验特点

西安石油大学材料科学与工程学院2.2单向拉伸试验特点应力α = F/A(单位: N/m2 or Pascal (Pa)FAB

西安石油大学材料科学与工程学院 A B F A s = F/A(单位: N/m2 or Pascal (Pa)) 应力 2.2单向拉伸试验特点

西安石油大学材料科学与工程学院2.2单向拉伸试验特点应变应变用来描述塑性变形和弹性变形程度；-应变是单位长度上的变化量：e = D／ Lo（无单位 ，m/m，mm/mm)PAStress:0=公Straln:=

西安石油大学材料科学与工程学院 2.2单向拉伸试验特点 应变 v应变用来描述塑性变形和弹性变形程度； v应变是单位长度上的变化量： e = DL / L0（无单位 ，m/m, mm/mm）

西安石油大学材料科学与工程学院2.2单向拉伸试验特点应力与应变举例图中丝的截面积为1 mm2，长度为 100 mm。在丝的下方悬挂10Kg物体，丝的长度变成了100.5mm。计算：丝中的应力；丝的应变量。应力： 9.8×10/1 (N/ mm2)=98×106 Pa=98MPa应变：(100.5-100)/100=0.005=0.5%110Kg

西安石油大学材料科学与工程学院 2.2单向拉伸试验特点 应力与应变举例 图中丝的截面积为1 mm 2 , 长度为 100 mm。在丝的下方 悬挂10Kg物体，丝的长度变成了 100.5 mm。计算：丝中的 应力；丝的应变量。 应力：9.8×10/1 （N/ mm2)＝98×106 Pa＝98MPa 应变：(100.5-100)/100=0.005＝0.5% 10Kg