实验一 钢筋和铸铁拉伸试验

本试验依据中华人民共和国国家标准《金属拉伸试验方法》GB228－87进行。工程材料的重要力学性能指标如屈服点（?s，或?su、?sl）、规定非比例伸长应力?p0.2、强度极限?b、弹性模量E、泊桑比?、延伸率?和断面收缩率?等，都是通过试验获得的。这些力学性能指标在整个材料力学的强度计算中几乎都要用到，而且工程设计中所选用的材料力学性能指标，大都是以拉伸试验为主要依据的。本次试验选用建筑钢筋和铸铁分别进行拉伸试验，以便认识塑性材料和脆性材料的力学性能和它们之间的差异。

一、 试验目的

（1） 测定钢筋的屈服极限?s，强度极限?b，延伸率?5和?10。 （2） 测定铸铁的?b和?10。

（3） 观察钢筋、铸铁在拉伸过程中所出现的变形现象，分析力、位移曲线，即P??l图的特性。

（4） 观察断口特征，分析破坏原因。

（5） 观察分析钢筋经过冷拉拔后拉伸试验曲线的特点。

二、 仪器设备与工具

（1） 电子万能试验机（包括计算机、打印机），或其他类型的万能试验机、拉力试验机。

（2） 卡尺、电子引伸计等。

三、 试件制备与安装

试验的结果表明，试件的尺寸和形状对试验的结果有影响。因此，在进行材料的拉伸试验时，所用的试件必须按有关的规定制作。这样，试验所得的结果才具有可比性。国家标准《金属拉伸试验试样》GB6397－86对圆形、矩形、管形和弧形等各种拉伸试件的制备作了统一的规定。其中比例试件须满足以下关系：

l0?kA0 （3－1）

式中l0为试件标距，用于测量拉伸变形；A0为标距部分的横截面积；k为系数，通常取5.65或11.3。当试件为圆截面时，则：

l0?k? d0 （3－2）

2对应于k?5.65或k?11.3，l0分别等于5d0和10d0，前者称为短试件，后者称为长试件。

国标规定如下：

其中R1~8及R01~08圆形比例试样形状尺寸见图3－1和表3－1，R9~16及铸造试样，形

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r

状和尺寸图与图3－1（b）相同，其中R16试样的尺寸为d0?10mm，l0?5d0或10d0，l?l0?d0。

（a）

r0.8 l0 l （b）

图3－1 拉伸试件

表3－1

一般尺寸 r（最小） d0 25 20 15 10 8 6 5 3 单、双肩 5 5 4 4 3 3 3 2 螺纹 12.5 10 7.5 5 4 3.5 3.5 2 试样号 l0 l 试样号 R01 R02 R03 R04 5d0 R5 R6 R7 R8 l0+d0 R05 R06 R07 R08 10d0 l0+d0 l0 l 短试样 短试样 R1 R2 R3 R4 注：①试样头部形状与尺寸，分为单、双肩和螺纹形状，可根据试验机夹具、试样材质，自行设计选用。单台试样头部直径一般为（1.5~2.0）d0。

②如棒材直径大于25mm，可采用全截面或取制尽可能大的圆形试样。

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d0

③如试样装卡时能正确对正中心，则棒材试样头部不须加工即可，否则应进行粗车。 ④对不经机加工的试样，根据要求亦可采用其他比例标距，如l0为4d0、8d0或其他定标距。 ⑤管材纵、横向圆形比例试样，亦可根据管材壁厚或有关标准，从R1~8中选用。

试件的安装有多种形式，它与试件制作时两个端头的形式相适配，如螺纹接法，带肩套筒接法，楔块夹紧法等。本次试验采用楔块夹紧法，见图3－2。

1－夹头；2－楔块；3－试件 图3－2 试件夹紧装置

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四、 试验原理及方法

1． 钢筋拉伸试验

钢筋是建筑工程中广泛使用的材料，测定其拉伸时的力学性能如屈服极限?s（?su、、强度极限?b、延伸率?5或?10是工程设计、工程施工质量监测检验必不可少的。?sl）

钢筋有许多品种，其中Ⅰ级钢筋强度等级代号为R235，是用碳 素结构钢Q235热轧而成的光圆钢筋，属于低碳钢 （含碳量小于0.25%为低碳钢，在0.25%~0.60%的 为中碳钢，大于0.60%的为高碳钢）。Ⅰ级钢筋的 拉伸曲线图即载荷P与变形?l?l?l0的关系图如 图3－3所示。 （1）弹性阶段。

在弹性阶段，即图3－3中的OA段，变形?l很小。在比例极限范围内，载荷P与变形?l成线性关系，即

?l?l0 P （3－3）

EA0OlPABCD从图中可看出，钢筋拉伸过程可分为以下4个阶段： 图3－3 钢筋拉伸

式中E为拉伸弹性模量，未经加工的钢筋可用公称直径计算A0（公A0为试件的横截面积。称横截面积）或用质量法求出A0?（2）屈服阶段。

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m。 ?l

在弹性阶段之后，P??l曲线出现锯齿状，见图3－3的AB段，变形?l在增加，而载荷P却在波动或保持不变，这个阶段就是钢筋材料的屈服阶段。对于表面磨光的试件，在屈服时可以看到试件表面出现与轴线大致成45?倾角的条纹。由此可见，屈服是由剪应力引起的。45?斜截面上剪应力最大，它使试件沿该面产生滑移，从而产生屈服阶段的

P??l曲线。图3－4展示了屈服阶段的几种情形，以及Psu、Psl、Ps的识别方法。

O suPP sl OlO PsuPslPPPsuPsl初始瞬时效应初始瞬时效应PPsuPsl初始瞬时效应PsuP sllOlOlPslOl图3－4 屈服阶段的P??l曲线

根据图3－4，在P??l曲线上确定屈服阶段首次下降之前的最大力Psu，不计初始瞬时效应的多个波动中的最小力Psl，或恒定不变的力Ps，然后按下式计算屈服点、上屈服点和下屈服点。

?s??su??sl?Ps （3－4） A0Psu （3－5）A0Psl （3－6） A0在这里顺便指出，对于无明显屈服现象的金属材料，应按国家标准GB228－87，测定其规定非比例伸长应力?p0.2，或规定残余伸长应力?r0.2。

（3） 强化阶段。

屈服阶段过后，试件恢复承载能力，需要增大载荷才能使试件的变形增大，见图3－3中的BC段，这一阶段被称为强化阶段。

（4） 颈缩阶段。

载荷在达到最大值Pb后，试件某一局部地方横截面积明显缩小，出现“颈缩”现象。

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