（5学时）
一、实验目的：
1、 掌握材料拉伸性能指标（σs ,σb , σp ，σe ，ψ,δ）的测定方法。 2、 学会正确使用金属拉伸实验设备和仪器。 二、实验原理与测量方法
单向静拉伸实验是工业上应用最广泛的材料力学性能实验之一，该实验是温度、应力状态和加载速度是确定的，并且用标准的光滑圆柱试样进行实验。通过拉伸实验，可以揭示材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形、塑性变形和断裂。还可以确定出材料的最基本力学性能指标，如屈服强度σs 、抗拉强度σb 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ等。 拉伸曲线（力—伸长关系曲线）是拉伸实验获得的第一手资料。典型的拉伸曲线包括四个变形过程即弹性变形、屈服、均匀塑性变形和不均匀塑性变形等。
1、物理屈服性能指标 （1）屈服现象
在有些金属材料的拉伸曲线上，弹性变形向塑性变形的过渡阶段有一个平台或锯齿。在外力不增加或上下波动的情况下试样可继续伸长，这种现象称为材料在拉伸实验时的屈服现象。许多铁基合金、有金属和高分子材料中会出现屈服现象。
（2）屈服强度：材料开始塑性变形的应力σs 。σs =F s /A 0，A 0为试样原始横截面积，F s 为屈服时的实验力。
2、抗拉强度σb
定义：拉伸曲线上应力的最大值。表征最大均匀塑性变形抗力指标。
是静拉伸实验中最容易测定，重现性好的指标。在工程中应用最广泛。在拉伸曲线上，抗拉强度为试样拉断过程中最大实验力所对应的应力。从拉伸曲线图上的最高点可确定实验过程中的最大力Fb 。σb = F b / A 0。
3、塑性性能指标 （1）断后伸长率δ：
也称延伸率是指光滑圆柱试样实验断裂后，标距范围内的伸长量占标距长度的百分比。当标距长度是标距部分直径的5倍时表示为δ5，当标距长度是标距部分直径的10倍时表示为δ10。延伸率主要反映材料产生塑性变形的能力。
%1000
1⨯-=L L L δ
L 1为试样断裂后标距间的长度，L 0试样断裂前标距间的长度。
（2）断面收缩率ψ
断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的最大收缩量与原始横截面积的百分比。主要反映材料局部变形的能力。
%1000
1
0⨯-=
ψS S S S 1试样断裂后颈缩处最小横截面积，S 0试样断裂前的横截面积。
为了准确测定上述各项性能指标，对于实验速率和实验温度须作如下规定：
1、实验速率：应变速率增大，金属的强度增加。特别是出服点和规定微量塑性伸长应力对应变速率的变化更为敏感。所以，对拉伸实验速度应注意控制。
（1）测定屈服前或弹性变形阶段的拉伸速度常以应力速率.
σ（单位为N/(mm 2·s -1)）来表示。对于弹性模量小于150000N/mm 2
的金属材料，.
sl9σ=1~10 N/(mm 2·s -1)；如果弹性模量大于等于150000 N/mm 2
，则.
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σ=3~30 N/(mm 2·s -1)。
（2）在屈服过程中，由于应力近似于恒定甚至下降，故无法再用.
σ来控制拉伸速度。此时，可采试样平行长度内的应变速率.
ε（单位为1/s ）来控制。它大体上相当于实验机夹头移动速度。在测定下屈服点时，一般规定应变速率应控制在0.00025~0.0025/s 范围内。如果不能直接控制应变速率，也可采用调节屈服前的应力速率
的方法，使之不超过上述规定值，将其固定，直至屈服阶段结束。
（3）屈服过后或只需测定抗拉强度时，由于实验速度的影响较小，所以可加快实验速度。此时一般采用控制实验机夹头的移动速率的方法，使用权之不超过0.5L 0/min 。 2、实验温度，一般应在10~35℃的温度下进行。 三、拉伸实验的试样
根据材料的种类、规格及实验目的的不同，可将材料加工成横截面为圆形、矩形或异形拉伸试样，以及不经过加工的全截面形状的试样。其中以圆形及矩形截面试样最常用，如图1-1所示。L c 为平行部分长度。
危朝安图1-1 拉伸试样的形状及对表面粗糙度的要求
a ）圆形试样
b ）矩形试样
表1-1圆形试样的主要尺寸及允许偏差（单位mm）
四、实验设备和仪器
本实验使用长春试验机研究所生产的电子万能试验机，该机可用于金属材料和塑料、混凝土、水泥、橡胶等材料的拉伸、压缩和弯曲实验。 表1-2 距形试样的主要尺寸及允许偏差（单位mm）
五、实验步骤
1、试样的准备：了解试样的材料与热处理状态。
2、打开EDC系统，移动主菜单进入到PC——CONTROL状态。
3、打开计算机电源，双击桌面上的CTE3.0图标启动试验程序，或从WINDOWS
菜单中点击“开始”—“程序”—“CSS44000”。接着显示程序启动画面，点击该画面或等待
数秒钟可直接进入程序主界面。
4、在试验条件菜单里选择本次试验所用的试验条件（所有试验条件以.con作为扩
展名），可以直接使用默认的试验条件，也可以按照试验要求修改试验条件。
5、选择合适的负荷传感器连接到横梁。
6、将合适的夹具安装到横梁上。
7、将其他的必要设备连接到主机上，如引伸计等。
8、使用手动盒或CTE3.0的升降按钮移动横梁到合适位置，以方便夹持试样。
9、装夹试样。
10、确保已设置好试验条件，试样已夹好。
11、各通道清零。（在各通道的显示表头上击鼠标右键，出一个快捷菜单，点清零
即可）
12、点击开始实验按钮，该按钮位于主界面左侧，也可以点击工具条上的开始试验
按钮。注意：若无意中启动了一个没夹试样的试验，或试验过程中出现其他错误，请按
结束试验按钮或CTRL-E组合键。试验结束后主界面上显示出试验结果及重绘后的曲线。
13、如果继续做其它试样的试验，请返回步骤8。
14、据以上步骤完成所给试样的一组试验后，可以进入曲线操作界面查看所给试样
的σs,σb, σp，σe，ψ,δ原始数据、试验结果和统计值，还可以根据原始数据进行适当修
改试验结果。
六、讨论：
青春在风中飘着1.讨论缺口对金属材料拉伸性能的影响及影响材料缺口敏感度的因素。
答：（1）缺口对金属材料拉伸性能的影响：①缺口产生应力集中；②引起三向应力状态，使材料脆化；③由应力集中产生应变集中；④使缺口附近的应变速率增高。（2）材料缺口敏感性除与材料本身性能、压力状态（加载方式）有关外，还与缺口形状、尺寸、实验温度有关。
2.讨论各种材料的拉伸断口的宏观形貌特征与性能的关系。
实验结晶高分子材料DSC热分析实验
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（5学时）
一、实验目的
1、了解DSC热分析仪的结构。
2、理解示差扫描量热法的原理。
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3、学会用示差扫描量热法对结晶高分子材料熔融和结晶过程的分析。
二、实验原理
热分析是测量在受控程序温度条件下，物质的物理性质随温度变化的函数关系的技术。热分析技术的基础是当物质的物理状态和化学状态发生变化时（如升华、氧化、聚合、固化、硫化、脱水、熔融、结晶改变或发生化学反应时），往往伴随着热力学性质（如热焓、比热容、导热系数等）的变化，因此可通过测定其热力学性能的变化，来了解物质物理或化学变化过程。目前热分析已经发展成为系统性的分析方法，它对于材料的研究是一种极为有用的工具，特别在高聚物的分析测定方面应用更为广泛，因为它不仅能获得结构方面的信息，而且还能测定性能。
目前示差扫描量热法(differential scanning calorimetry，简称DSC)有两种方法，即功率补偿式示差扫描量热法和热流式示差扫描量热法，本仪器是采用功率补偿式示差扫描量热法。是在程序温度控制下用差动方法测量加热或冷却过程中，在试样和标样的温度差保持为零时，所要补充的热量与温度和时间的关系的分析技术。也就是如果试样吸热，补偿器便供热给试样，使试样与标样的温度相等，△T=0；如果试样放热，补偿器便供给标样，使试样与标样温度相等，△T=0。这样，补偿的能量就是样品吸收或放出的能量。
示差扫描量热仪的核心部位是测量池，其结构如图1所示。
本实验通过DSC热分析，得到结晶高分子材料的熔融和结晶过程吸热和放热与温度和时间的关系曲线，如图2和图3。并由此作出熔融峰温度T m和结晶峰温度T P，还可进一步获得相对结晶度X t与时间和温度的关系，如图4和图5所示。从而了解结晶高分子材
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