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文檔簡介

1、碳鋼與鑄鐵的拉伸、壓縮實驗一、目的1、測定碳鋼在拉伸時的屈服極限s,強度極限b,延伸率和斷面收縮率,測定鑄鐵拉伸時的強度極限b。2、觀察碳鋼、鑄鐵在拉伸過程中的變形規(guī)律及破壞現(xiàn)象,并進行比較,使用繪圖裝置繪制拉伸圖(p-l曲線)。3、測定壓縮時低碳鋼的屈服極限s。和鑄鐵的強度極限b。4、觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形和破壞現(xiàn)象,并進行比較。5、掌握電子萬能試驗機的原理及操作方法6、了解液壓萬能試驗機的工作原理及操作方法。二、設(shè)備微機控制電子萬能材料試驗機、液壓式萬能材料試驗機、游標卡尺。三、拉伸試祥1. 為使各種材料機械性質(zhì)的數(shù)值能互相比較,避免試件的尺寸和形狀對試驗結(jié)果的影響,對試件的尺寸形狀

2、gb6397-86作了統(tǒng)一規(guī)定,如圖2-3所示: 圖2-3用于測量拉伸變形的試件中段長度(標距l(xiāng)0)與試件直徑d。必零滿足l0d0=10或5,其延伸率分別記做和10和52、壓縮試樣:低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試件一般做成很短的圓柱形,避免壓彎,一般規(guī)定試件高度h直徑d的比值在下列范圍之內(nèi):13為了保證試件承受軸向壓力,加工時應(yīng)使試件兩個端面盡可能平行,并與試件軸線垂直,為了減少兩端面與試驗機承墊之間的摩擦力,試件兩端面應(yīng)進行磨削加工,使其光滑。四、實驗原理 圖2-4為試驗機繪出的碳鋼拉伸p-l曲線圖,拉伸變形l是整個試件的伸長,并且包括機器本身的彈性變形和試件頭部在夾頭中的滑動,故繪出的曲線

3、圖最初一段是曲線,流動階段上限b受變形速度和試件形式影響,下屈服點b則比較穩(wěn)定,工程上均以b點對應(yīng)的載荷作為材料屈服時的載荷ps,以試樣的初始橫截面積a0除ps,即得屈服極限: 圖2-4 (2.1) 屈服階段過后,進入強化階段,試樣又恢復了承載能力,載荷到達最大值pb,時,試樣某一局部的截面明顯縮小,出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象,這時示力盤的從動針停留在pb不動,主動針則迅速倒退表明載荷迅速下降,試樣即將被拉斷。以試樣的初始橫截面面積a。除pb得強度極限為 (2.2) 延伸率及斷面收縮率的測定,試樣的標距原長為l0拉斷后將兩段試樣緊密地對接在一起,量出拉斷后的標距長為l1延伸率應(yīng)為 (2.3) 斷口附近塑

4、性變形最大,所以l1的量取與斷口的部位有關(guān),如斷口發(fā)生于l的兩端或在l之外,則試驗無效,應(yīng)重做,若斷口距l(xiāng)。的一端的距離不在標距長度的中央?yún)^(qū)域內(nèi),要采用斷口移中的辦法;以度量試件位斷后的標距,設(shè)兩標點cc1之間共有10格,斷口靠近左段,如圖2-5,從臨近斷口的第一刻線d起,向右取1025格,記作a,這就相當于把斷口擺在標距中央,再看a點到c1點有多少格,就由a點向左取相同的格數(shù),記作b,令l表示c至b的長度,l表示b至a的長度,則l2l的長度中包含的格數(shù)等于標距長度內(nèi)的格數(shù)10,即l2l=l1。 圖2-5試樣拉斷后,設(shè)頸縮處的最小橫截面面積為a1,由于斷口不是規(guī)則的圓形,應(yīng)在兩個相互垂直的方向

5、上量取最小截面的直徑,以其平均值計算a1,然后按下式計算斷面收縮率: (2.4)鑄鐵試件在變形極小時,就達到最大載荷pb而突然發(fā)生斷裂。沒有屈服和頸縮現(xiàn)象,其強度極限遠小于低碳鋼的強度極限。圖2-6為低碳鋼試件的壓縮圖,在彈性階段和屈服階段,它與拉伸時的形狀基本上是一致的,而且也基本相同,所以說,低碳鋼材料在壓縮時的e和都與拉伸時大致相同,低碳鋼的塑性好,由于泊松效應(yīng),試件越壓越粗,不會破壞,橫向膨脹在試件兩端受到試件與承墊之間巨大摩擦力的約束,試件被壓成鼓形,進一步壓縮,會壓成圓餅狀,低碳鋼試件壓不壞,所以沒有強度極限。圖2-6 圖2-7 圖2-7為鑄鐵試件壓縮圖,p-l比同材料的拉伸圖要高

6、4-5倍,當達到最大載荷時鑄鐵試件會突然破裂,斷裂面法線與試件軸線大致成的傾角。這表面,鑄鐵壓縮破壞主要是由剪應(yīng)力引起的。五、實驗步驟拉伸試驗步驟:1、試件準備(1)測量試樣尺寸 測定試樣初始橫截面面積a時,在標距l(xiāng)的兩端及中部三個位置上,沿兩個互相垂直的方向,測量試樣直徑,以其平均值計算各橫截面面積,取三個橫截面面積中的最小值為a。2、試驗機準備使用電子萬能試驗機時(1)檢查試驗機的夾具是否安裝好,各種限位是否在實驗狀態(tài)下就位;(2)啟動試驗機的動力電源及計算機的電源;(3)調(diào)出試驗機的操作軟件,按提示逐步進行操作;(4)安裝試件。安裝時僅將試件上端夾緊,下端懸空,然后再試件上夾持引伸計;(

7、5)啟動下降按鈕將試件移下,停止安裝好試件,進行調(diào)零,回到試驗初始狀態(tài);(6)根據(jù)實驗設(shè)定,啟動實驗開關(guān)進行加載,注意觀察試驗中的試件及計算機上的曲線變化;(7)實驗完成,保存記錄數(shù)據(jù),打印實驗數(shù)據(jù)報告;(8)試件破壞后(非破壞性試驗應(yīng)先卸載),斷開控制器并關(guān)閉,關(guān)閉動力系統(tǒng)及計算機系統(tǒng),清理還原。使用液壓萬能試驗機時(1)調(diào)整試驗機 按2-1的要求調(diào)整檢查萬能材料試驗機,根據(jù)pbb×。估計試件的最大載pb,按最大載荷數(shù)值為度盤測力范圍的40-80的標準來選擇度盤和與其相匹配的擺錘,并調(diào)整示力指針為零。(2)安裝試樣 先將試件安裝在試驗機上夾頭內(nèi),再移動下夾頭使之達到適當位置,須注意

8、使試樣垂直,并把試樣下端夾緊。(3)檢查及預(yù)拉 請教師檢查以上實驗步驟完成情況。開動試驗機,并使自動繪圖器工作。預(yù)加少量載荷(勿使應(yīng)力超過比例極限),然后卸載接近零點,以檢查試驗機是否處于正常狀態(tài)。 (4)進行試驗 打開送油閥,用慢速加載,緩慢而均勻地使試件產(chǎn)生變形,注意觀察測力指針的轉(zhuǎn)動、自動繪圖的情況和相應(yīng)的試驗現(xiàn)象,以測力指針停止轉(zhuǎn)動的載荷或指針多次回轉(zhuǎn)時,第一次回轉(zhuǎn)后的最小載荷作為屈服點載荷ps,并注意觀察是否出現(xiàn)滑移線。屈服后在強化階段任一點處,停止加載,然后卸載,再重新加載,以觀察冷作硬化現(xiàn)象。繼續(xù)加載直至試件斷裂。在斷裂前注意觀察頸縮現(xiàn)象。此時拉力達到最大載荷,測力指針開始回轉(zhuǎn),

9、而副針停留位置的讀數(shù),即最大載荷pb,試件斷裂后停機,取下試件。鑄鐵試驗只要記下最大載荷及繪出拉伸圖。取下自動繪圖儀所繪的拉伸曲線圖紙,以便寫實驗報告時參考。(5)試驗結(jié)束 打開回油閥,將載荷卸掉,清理實驗現(xiàn)場。壓縮試驗步驟:1、測量試樣尺寸, 測量試樣兩端及中間等三處截面的直徑,取三處中最小一處的平均直徑作為計算原截面積之用。2、調(diào)整試驗機,選擇測力度盤,調(diào)整指針對準零點,并調(diào)整自動繪圖器。電子萬能試驗機按軟件操作指南步驟進行。3、安裝試樣,將試樣兩端面涂上潤滑油,然后準確地放在試驗機活動臺支承墊的中心上。4、檢查及試車液壓試驗機試車時將試驗機活動臺上升,試件亦隨之上升,當試件上端面接近承墊

10、時應(yīng)減慢活動臺上升速度,避免突然接觸引起劇烈加載,當試件與上承墊剛接觸時,將自動繪圖筆調(diào)整好,使它處于工作狀態(tài),用慢速預(yù)加少量載荷。然后卸載近零點,以檢查試驗機工作是否正常。5、進行試驗對于抵碳鋼試件,緩慢而均勻地加載,注意觀察測力指針的轉(zhuǎn)動情況和繪圖紙上所描的曲線,以便及時而正確地讀出屈服載荷,并把它記錄下來,算出屈服極限 (2.5)對于鑄鐵試件,緩慢而均勻地加載,同時使用自動繪圖裝置繪出p-曲線,直到試件破裂為止,記下破壞載荷,并算出強度極限: (2.6) 6、結(jié)束工作打開回油間,將載荷卸掉,取下試件,使試驗機復原。六、注意事項1、試驗時,必須嚴格遵守試驗機的操作規(guī)程,液壓試驗機工作臺升降

11、電機只能用于升降工作臺,不能用于加荷。2、電子萬能試驗機的試驗程序設(shè)定后,不能隨意改動。在實驗過程中操作軟件一定要按部就班,以免產(chǎn)生誤操作,損壞試驗機。3、壓縮試件要盡量放在壓板中心,以免載荷偏心。4、如果在試驗過程中,由于某種特殊或意外的原因,液壓試驗機油泵突然停止工作,此時應(yīng)將負荷卸掉使油壓降低。檢查后,重新開動油泵進行試驗,不應(yīng)在高壓下起動,以免發(fā)生意外損壞。七、實驗報告試驗結(jié)果應(yīng)以表格或圖線的形式表達,并附以必要的文字說明,包括下列內(nèi)容:料力學性能指標:s、b、的計算。將p-l實驗曲線轉(zhuǎn)換成-曲線,將上述機械性能指標標注在曲線上,要有數(shù)值和單位。畫出試件斷口形狀圖。比較兩種材料的機械性能特點,并分析其破壞原因。八、預(yù)習及思考討論題預(yù)習本節(jié)及§2-1,并回答以下思考題。(1)參考試驗機自動繪圖儀繪出的拉伸圖,分析從試件加力至斷裂的過程可分為哪幾個階段? 相應(yīng)于每一階段的拉伸曲線的特點和物理意義是什么?(2)s和b是不是試件在屈服和斷裂時的真實應(yīng)力?為什么?(3)

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