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材料的拉伸实验
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
材料开发都有及其重要的作用。
一、金属的拉伸实验
（一）实验目的
1. 测定低碳钢的屈服强度 Rel、抗拉强度 Rm、断后延伸率和断面收缩
率 Z。
2. 测定铸铁的抗拉强度 Rm。
3. 观察上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（ F─ 曲
线）。
4. 分析比较低碳钢和铸铁的力学性能特点与试样破坏特征。
（二）实验原理
依据国标 GB/T 228－2002《金属室温拉伸实验方法》分别叙述如下：
1. 低碳钢试样。在拉伸试验时，利用试验机的自动绘图器可绘出低碳钢的拉
伸曲线，见图 1 示的 F—ΔL 曲线。
图中最初阶段呈曲线，是由于试样头部在夹具内有滑动及试验机存在间隙等
原因造成的。分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于 O点，作为其坐标原
点。拉伸曲线形象的描绘出材料的变形特征及各阶段受力和变形间的关系，可由
该图形的状态来判断材料弹性与塑性好坏、断裂时的韧性与脆性程度以及不同变
形下的承载能力。但同一种材料的拉伸曲线会因试样尺寸不同而各异。为了使同
一种材料不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点便于比较，以消除试样几何尺寸的
影响，可将拉伸曲线图的纵坐标（力 F）除以试样原始横截面面积 S0, 并将横坐
标（伸长 ΔL ）除以试样的原始标距 L0 得到的曲线便与试样尺寸无关，此曲线称
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为应力－应变曲线或 R— 曲线，如图 2 示。从曲线上可以看出，它与拉伸图曲
线相似，也同样表征了材料力学性能。
Fa－比例伸长力；F c－弹性伸长力；F su －上屈服力；F sl －下屈服力；
Fb－最大力；F f －断裂力；－断裂后塑性伸长；－弹性伸长；
图 1 碳钢拉伸曲线
拉伸试验过程分为四个阶段，如图 1、图 2 所示。
（1）弹性阶段 OC。在此阶段中的 O A段拉力和伸长成正比关系，表明钢材
的应力与应变为线性关系，完全遵循虎克定律，如图 2 示。若当应力继续增加到
C点时，应力和应变的关系不再是线性关系，但变形仍然是弹性的，即卸除拉力
后变形完全消失。用精密仪器测定其塑性应变约为规定的引伸计标距的％所
对应的强度值定义为规定非比例延伸强度，它是控制材料在弹性变形范围
内工作的有效指标。在工程上有实用价值。
－比例极限；－弹性极限；－上屈服点；－下屈服点；
－抗拉强度；－断裂应力；－断裂后的塑性应变；－弹性应变
图 2 低碳钢应力－应变图
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（2）屈服阶段 S K。当应力超过弹性极限到达锯齿状曲线时，示力盘上的
主针暂停转动或开始回转并往复运动，这时若试