低碳鋼拉伸實驗指導(dǎo)書知識講解

1、實驗一 低碳鋼拉伸實驗及彈性模量 E 的測定一、實驗?zāi)康?了解試驗設(shè)備 WDW3100 微控電子萬能試驗機(jī)的構(gòu)造和工作原理，掌握 其操作規(guī)程及使用時的注意事項。2測定碳鋼的屈服極限 s、強(qiáng)度極限 b 、延伸率 、斷面收縮率 。 3測定彈性模量 E。4觀察拉伸過程中的各種現(xiàn)象，自動生成并打印拉伸圖（ P一 L 曲線） 5分析材料的力學(xué)性質(zhì)。二、實驗設(shè)備和量具1設(shè)備： WDW3100 微控電子萬能試驗機(jī)（圖 1-1）圖 1-1 WDW3100 微控電子萬能試驗機(jī)2計算機(jī)（安裝實驗機(jī)控制系統(tǒng)軟件 - 如圖 1-2），打印機(jī)一臺圖 1-2實驗機(jī)控制系統(tǒng)軟件操作界面3電子應(yīng)變引伸計。4量具：游標(biāo)卡尺WD

2、W3100 微控電子萬能試驗機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：100100最大實 驗力100KN 最大試驗力： 100KN ； 移動橫梁行程： 1200mm； 試驗力精確度： 0.5%； 試驗速度： 0.05 500mm/min； 橫梁位移顯示分辨率： 0.01mm；試驗區(qū)寬度： 570 mm。工作原理：WDW3100 微控電子萬能試驗機(jī)主要由上橫梁、移動橫梁、臺面及兩側(cè)立柱組 成框架結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠固定在臺面和上橫梁之間，兩滾珠絲杠配合螺母及導(dǎo)套固定在移動橫梁上。電機(jī)通過三級同步帶輪減速后帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，推動移動橫梁在設(shè)定圖 1-3 圓形截面試件速度下作直線運動以實現(xiàn)各種試驗功能三、實驗試件低碳鋼試件如圖 l 3

3、。夾持部分用來裝入試驗機(jī)夾具中以便夾緊 試件，過渡部分用來保證標(biāo)距部分能均勻受力，這兩部分的形狀和尺寸，決定于試 件的截面形狀和尺寸以及機(jī)器夾具類型。標(biāo)距 l0 是待試部分，也是試件的主體，其 長度通常簡稱為標(biāo)距，也稱為計算長度。試件的尺寸和形狀對材料的塑性性質(zhì)影響很大。為了能正確地比較各種材料的力學(xué)性質(zhì)，國家對試件尺寸作了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定。拉伸試件分比例試件和非比例試件兩種。比例試件系按公式l0 K A0 計算而 得。式中l(wèi)0為標(biāo)距， A0為標(biāo)距部分原始截面積，系數(shù) K通常為 5.65和11.3（前者稱為短試件，后者稱為長試件） 。據(jù)此，短、長圓形試件的標(biāo)距長度 l0 分別等于 5d0 、10 d

4、 0。非比例試件的標(biāo)距與其原橫截面間無上述一定的關(guān)系根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（ GB228 87）將比例試件尺寸列表如下：標(biāo)距長度 l0 （ mm）圓形試樣表示延伸率試件橫截面積 A0（ mm）直徑的符號比長11.3 A010d0任意任意10例短5.65 A05d05表中 : d0表示試件標(biāo)距部分原始直徑； 10 、 5 分別表示標(biāo)距長度 L0 為 d0 的 10 倍或 5 倍的試件延伸率。常用試件的形狀尺寸、表面粗糙度等可查國家標(biāo)準(zhǔn) GB228 87 中的附錄四、實驗方法及實驗原理1、測定試件的截面尺寸圓試件測定其直徑 d0 的方法是：在試件標(biāo)距長度的兩端和中間三處予以測量， 每處在兩個相互垂直的方向上

5、各測一次，取其算術(shù)平均值，然后取這三個平均數(shù)的 最小值作為 d 0。2、試件標(biāo)距長度 l0 的確定除了要根據(jù)圓試樣的直徑 d0 來確定外，還應(yīng)將其化到 5mm或 10mm的倍數(shù)。等于 或大于 2.5mm但小于 7.5mm者化整為 5mm；等于或大于 7.5mm者進(jìn)為 10mm，依此類 推。在標(biāo)距兩端各打一小標(biāo)點，使其連線平行于試樣的軸線。將兩標(biāo)點間的距離等 分 10 格或 20 格，并刻出分格線，以便觀察變形分布情況，測定其伸長率 。3、試驗加載范圍 根據(jù)低碳鋼的強(qiáng)度極限，估計加在試件上的最大載荷，確定試驗機(jī)最大試驗力 是否足夠。由于試驗機(jī)測力部分本身精確度的限制， WDW3100 微控電子萬

6、能試驗 機(jī)的測力范圍為：最大試驗力 100KN的 0.4%-100%，即 0.4KN 100KN。實驗時應(yīng)保 證全部待測載荷均在此范圍之內(nèi)。4、試驗過程分析 正式實驗開始，用慢速加載，使試件的變形勻速增長。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拉伸速 度是：屈服前，應(yīng)力增加速度為 10MPa s，屈服后，試驗機(jī)活動夾頭在負(fù)荷下的移 動速度不大于 0.5 l0 min。(a)(b)圖 1-4 不同鋼材的屈服圖 對于低碳鋼來說，屈服時的曲線如圖 14(a) 所示，其中 PS 上叫做上屈服載荷， 此文檔僅供學(xué)習(xí)和交流與鋸齒狀曲線段最低點相應(yīng)的最小載荷 PS下叫下屈服載荷。由于上屈服載荷隨試件過 渡部分的不同而有很大差異，而

7、下屈服載荷則基本一致，因此一般規(guī)定用下屈服載 荷來計算屈服極限 s Ps / A0 Ps下 / A0 。有些材料，屈服時的 P L 曲線基本上是 一個平臺的曲線而不是呈現(xiàn)出鋸齒形狀，如圖 1 4(b) 所示。屈服階段終了以后，要使試件繼續(xù)變形，就必須加大載荷。這時載荷變形曲 線將開始上升，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段，試件的橫向尺寸有明顯的縮小。如果在強(qiáng)化階段的某一點處進(jìn)行卸載，則可以得到一條卸載曲線，實驗表明， 它與曲線的起始直線部分基本平行。卸載后若重新加載，加載曲線則沿原卸載曲線 上升直到該點，此后曲線基本上與未經(jīng)卸載的曲線重合，這就是冷作硬化效應(yīng)。隨著實驗的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)載荷達(dá)到某一值 Pb，載荷不

8、再增加的情況下， L 繼 續(xù)增加，試件開始出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，繼續(xù)拉伸直至試件最后在頸縮處斷裂。根據(jù)測得 的Pb可以按 b Pb/A0 計算出強(qiáng)度極限 b 。其拉伸過程如圖 1-5 所示。圖 1-5 低碳鋼拉伸圖5、試件斷后標(biāo)距部分長度 l1的測量將試件拉斷后的兩段在拉斷處緊密對接起來，盡量使其軸線位于一條直線上。 拉斷處由于各種原因形成縫隙，則此縫隙應(yīng)計入試樣拉斷后的標(biāo)距部分長度內(nèi)。如 拉斷處到鄰近標(biāo)距端點的距離大于 l0 3， l1 可直接測量兩端點間的長度。測量了 l1，按下式計算伸長率，即l1 l0l0圓形試樣在縮頸最小處兩個相互垂直方向上測量其直徑，用二者的算術(shù)平均值 作為斷口直徑 d1，

9、來計算其 A1 。斷面收縮率按下式計算：A0 A1 100A0 最后，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，按有效數(shù)字的選取和運算法則確定所需的位數(shù)，所 需位數(shù)后的數(shù)字，按四舍六入五單雙法處理。6、低碳鋼彈性模量 E 的測定 若要測定試件的彈性模量 E，則在試驗前應(yīng)在試件上安裝電子應(yīng)變引伸計。 材料彈性模量 E 的測定，是在比例極限以內(nèi)的拉伸試驗中進(jìn)行的。低碳鋼在比 例極限內(nèi)服從胡克定律，即：PL0EA0式中， P軸向拉力（ N）L 0 試件標(biāo)距長度（ m）A 0為試件原始截面面積（ m）E 材料彈性模量（ Pa）五、實驗操作步驟1、打開總電源；2、打開機(jī)架背后的空氣開關(guān)；3、打開機(jī)架前面的鑰匙開關(guān)；4、打開電腦

10、及打印機(jī)；5、點擊桌面“材料試驗機(jī)”圖標(biāo)，進(jìn)入實驗軟件界面；6、單擊菜單欄“聯(lián)機(jī)” ，使軟件進(jìn)入控制試驗機(jī)狀態(tài)；7、單擊菜單欄“試樣錄入” ，測量試驗樣件參數(shù)，輸入試樣編號、試樣參數(shù)等 信息，保存并關(guān)閉退出；8、單擊菜單欄“參數(shù)設(shè)置” ，確定主要實驗參數(shù)，關(guān)閉退出；9、各項顯示參數(shù)“清零” ；10、將試件安裝在試驗機(jī)上，注意試件兩端與卡槽底面均留有間隙，然后緊固 試件。再將電子應(yīng)變引伸計的插銷插入銷孔后安裝于試件上，確保安裝牢固，然后 此文檔僅供學(xué)習(xí)和交流圖 1-6 拉伸試驗結(jié)果分析拔出插銷。橫梁上升期間注意安全，防止試件運動過快沖擊上夾頭，遇危險則立即 按手輪或操作面板上的“ STOP”按鈕；11、單擊菜單欄“試驗開始” ，進(jìn)入拉伸試驗過程；12、密切觀察試驗過程，依提示進(jìn)行各項操作，隨時用手輪或操作面板調(diào)節(jié)進(jìn) 給速度；13、直至試件拉斷，取下兩段試件將其對接，測量斷面直徑和伸長后的標(biāo)距；14、回到電腦前，順序點擊菜