低碳鋼拉伸試驗

1、低碳鋼和灰口鑄鐵的拉伸、壓縮實驗1實驗?zāi)康?觀察低碳鋼在拉伸時的各種現(xiàn)象，并測定低碳鋼在拉伸時的屈服極限s,強度極限b,延伸率10和斷面收縮率。.觀察鑄鐵在軸向拉伸時的各種現(xiàn)象。.觀察低碳鋼和鑄鐵在軸向壓縮過程中的各種現(xiàn)象。.觀察試樣受力和變形兩者間的相互關(guān)系，并注意觀察材料的彈性、 屈服、強化、頸縮、斷裂等物理現(xiàn)象。測定該試樣所代表材料的Fs、Fb和l等值。.對典型的塑性材料和脆性材料進行受力變形現(xiàn)象比較，對其強度指標(biāo)和塑性指標(biāo)進行比較。.學(xué)習(xí)、掌握電子萬能試驗機的使用方法及其工作原理。2儀器設(shè)備和量具50KN電子萬能試驗機，單向引伸計，鋼板尺，游標(biāo)卡尺。3試件實驗證明，試件尺寸和形狀對實驗

2、結(jié)果有影響。為了便于比較各種材料的機械性能，國家標(biāo)準(zhǔn)中對試件的尺寸和形狀有統(tǒng)一規(guī)定。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，(GB6397-86),將金屬拉伸比例試件的尺寸列表如下：試件標(biāo)距長度L。橫截回積Ao圓試件直徑do表示延伸率的符號比例/長短11.3JA0 或 10d0任意任意105.65v1 A0 或 5d0任意任意5本實驗的拉伸試件采用國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的長比例試件(圖21),實驗段直徑d0 10mm,標(biāo)距l(xiāng)0100mm。本實驗的壓縮試件采用國家標(biāo)準(zhǔn)(GB7314-87)中規(guī)定的圓柱形試件h/d02,d0 15mm （圖 2 2）。件ho4實驗原理和方法（一）低碳鋼的拉伸實驗在拉伸實驗前，測定低碳鋼試件的直徑d

3、o和標(biāo)距I。實驗時,首先將試件安裝在實驗機的上、下夾頭內(nèi)，并在實驗段的標(biāo)記處安裝引伸儀，以測量實驗段的變形。然后開動實驗機，緩慢加載，與實驗機相聯(lián)的微機會自動繪制出載荷-變形曲線（F l曲線，見圖2 3）或應(yīng)力-應(yīng)變曲線（曲線，見圖24）,隨著載荷的逐漸增大，材料呈現(xiàn)出不同的力學(xué)性能:圖2 3（1）彈性階段（Ob段）在拉伸的初始階段,曲線（Oa段）為一直線，說明應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即滿足胡克定理，此階段稱為線形階段。線性段的最高點稱為材料的比例極限（直線斜率即為材料的彈性摸量E線性階段后,曲線不為直線（ab段），應(yīng)力應(yīng)變不再成正比，但若在整個彈性階段卸載，應(yīng)力應(yīng)變曲線會沿原曲線返回，載荷卸到零時

4、，變形也完全消失。卸載后變形能完全消失的應(yīng)力最大點稱為材料的彈性極限（e）,般對于鋼等許多材料，其彈性極限與比例極限非常接近。（ 2）屈服階段（bc 段）超過彈性階段后，應(yīng)力幾乎不變， 只是在某一微小范圍內(nèi)上下波動， 而應(yīng)變卻急劇增長，這種現(xiàn)象成為屈服。使材料發(fā)生屈服的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力或屈服極限（ s ） 。當(dāng)材料屈服時， 如果用砂紙將試件表面打磨， 會發(fā)現(xiàn)試件表面呈現(xiàn)出與軸線成450斜紋。這是由于試件的 450斜截面上作用有最大切應(yīng)力， 這些斜紋是由于材料沿最大切應(yīng)力作用面產(chǎn)生滑移所造成的，故稱為滑移線。（ 3）硬化階段（ce 段）經(jīng)過屈服階段后，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)曲線上升趨勢， 這說明材料的

5、抗變形能力又增強了，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化。若在此階段卸載，則卸載過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線為一條斜線（如 d d 斜線） ，其斜率與比例階段的直線段斜率大致相等。 當(dāng)載荷卸載到零時， 變形并未完全消失， 應(yīng)力減小至零時殘留的應(yīng)變稱為塑性應(yīng)變或殘余應(yīng)變， 相應(yīng)地應(yīng)力減小至零時消失的應(yīng)變稱為彈性應(yīng)變。 卸載完之后， 立即再加載， 則加載時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上沿卸載時的直線變化。因此， 如果將卸載后已有塑性變形的試樣重新進行拉伸實驗， 其比例極限或彈性極限將得到提高， 這一現(xiàn)象稱為冷作硬化。在硬化階段應(yīng)力應(yīng)變曲線存在一最高點，該最高點對應(yīng)的應(yīng)力稱為材料的強度極限（ b ） ，強度極限所對應(yīng)的載荷為試件所能承

6、受的最大載荷Fb 。（ 4）頸縮階段（ ef 段）試樣拉伸達到強度極限b 之前，在標(biāo)距范圍內(nèi)的變形是均勻的。當(dāng)應(yīng)力增大至強度極限 b 之后，試樣出現(xiàn)局部顯著收縮，這一現(xiàn)象稱為頸縮。頸縮出現(xiàn)后，使試件繼續(xù)變形所需載荷減小， 故應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)下降趨勢， 直至最后在 f 點斷裂。 試樣的斷裂位置處于頸縮處，斷口形狀呈杯狀，這說明引起試樣破壞的原因不僅有拉應(yīng)力還有切應(yīng)力。（二）鑄鐵的拉伸實驗鑄鐵的拉伸實驗方法與低碳鋼的拉伸實驗相同， 但是鑄鐵在拉伸時的力學(xué)性能明顯不同于低碳鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2-5所示。鑄鐵從開始受力直至斷裂，變形始終很小，既 不存在屈服階段，也無頸縮 現(xiàn)象。斷口垂直于試樣軸線，

7、這說明引起試樣破壞的原因是最 大拉應(yīng)力。（三）低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗低碳鋼試件在壓縮過程中，在加載開始段，從應(yīng)力應(yīng)變曲線圖26可以看出，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即滿足胡克定理。當(dāng)載荷達到一定程度時， 低碳鋼試件發(fā)生明顯的屈服現(xiàn)象。過了屈服階段后，試件越壓越扁，最終被壓成腰鼓形， 而不會發(fā)生斷裂破壞。鑄鐵試件在壓縮過程中， 沒有明顯的線性階段， 也沒有明顯的屈服階段（如圖七所示）鑄鐵的壓縮強度極限約為拉伸強度極限的3-4倍。鑄鐵試件斷裂時，斷口方向與試件軸線約5實驗步驟成550。一般認(rèn)為是切應(yīng)力和摩擦力共同作用的結(jié)果。（一）低碳鋼的拉伸實驗1、依次打開計算機、變壓器，并按下主機外罩上的“復(fù)位”按鈕啟動

8、試驗機。2、雙擊桌面上的圖標(biāo) WinWdw-PCI ,進入軟件操作系統(tǒng)。3、點擊“試驗操作”，打開實驗操作界面，做拉伸試驗時，在軟件操作系統(tǒng)的“控制面 板”上選取“拉向”。4、用游標(biāo)卡尺測量試樣的直徑和標(biāo)距，并記錄。在每個截面上分別取兩個相互de并據(jù)此計算試件的橫在試件的標(biāo)距范圍內(nèi)測量試件三個橫截面處的截面直徑, 垂直的方向各測量一次直徑。取六次測量的平均值做為原始直徑截面面積A0 。測量標(biāo)距時，要用游標(biāo)卡尺測量三次，并取三次測量結(jié)果的平均值作為試件l0。5、做實驗 裝夾拉伸試樣。通過試驗機的“上升” 、 “下降”按鈕把橫梁調(diào)整到方便裝試件的位置，再把上鉗口松開，夾緊試樣的上端； 使橫梁下降，

9、當(dāng)試樣能夠夾在下鉗口時，停止； 在實驗操作界面上把負(fù)荷、峰值、變形、位移、時間清零，夾緊下鉗口； 在“控制面板”上選擇“位移控制” ，采用 0.2mm/min 的速度使橫梁下降，消除預(yù)緊力，使負(fù)荷變?yōu)榱悖?裝夾引伸計，并檢查引伸計是否已正確連接到計算機主機的端口上；加載速度選0.5mm/min ； 單擊“新建試樣”按鈕，輸入試件的有關(guān)信息，包括直徑（或長、寬） 、標(biāo)距，然后點擊“新建試樣” 按鈕，再點擊“確認(rèn)” 。 再次把負(fù)荷、峰值、變形、位移、時間等各項分別清零。 單擊“位移方式” ，切換為“取引伸計”模式。在取引伸計模式下，點擊“開始”按鈕，開始實驗。當(dāng)試件即將進入屈服階段時，屏幕會彈出對

10、話框提示取下引伸計，此時 要迅速取下引伸計 。因為此后試件將進入屈服階段，在載荷變形圖上將看到一個很長的波浪形曲線（表明試件處于流塑階段），應(yīng)力變化不大，但應(yīng)變大大增加。如果不取下引伸計，引伸計將被拉壞。接著材料進入強化階段，可將加載速度調(diào)至5mm/min,繼續(xù)實驗直至試樣拉斷。在實驗過程中，注意觀察屈服（流動） 、強化，卸載規(guī)律、頸縮、斷裂等現(xiàn)象。 試樣拉斷后，立即按“停止”按鈕。然后點取“保存數(shù)據(jù)” 按鈕，保存試驗數(shù)據(jù)。取下試樣，先將兩段試件沿斷口整齊地對攏，量取并記錄拉斷后兩標(biāo)距點之間的長度 l1 ，及斷口處最小的直徑d1 ，并計算斷后面積。 數(shù)據(jù)處理。單擊菜單欄中的“試驗分析” ，并在

11、相應(yīng)的對話中選擇需要計算的項目。然后單擊“自動計算” 。需要打印時單擊“試驗報告”按鈕，把需要輸出的選項移到右側(cè)的空白框內(nèi)，在曲線類型欄中選擇應(yīng)力-應(yīng)變曲線，單擊“確定”錢鈕后打印 試驗報告。(二)鑄鐵的拉伸實驗操作步驟與低碳鋼試驗基本相同，不同之處有：(1)無須裝夾引伸計。(2)速度選擇置于 2mm/min直至斷裂。(3)在實驗中注意讀取荷載極限值。(三)低碳鋼壓縮實驗其操作步驟與拉伸時基本相同，不同之處有：(1)試件放于下壓頭的中心處，移動橫梁使上壓頭逐漸接近試樣。但不能接觸試樣。(2)用速度2mm/min加壓，使上壓頭接觸試樣(荷載單元可顯23kN的預(yù)壓力)(3)試驗速度在屈服前用 2m

12、m/min,屈服后用5mm/minio(4)試樣不會斷裂，曲線畫到一定程度即可結(jié)束試驗；在實驗中注意讀取屈服時的荷載值。(四)鑄鐵壓縮實驗操作步驟與低碳鋼壓縮相同，不同的是試件破斷后停機。全部實驗完畢后，關(guān)閉軟件和試驗機，并檢查機器和儀器的各開關(guān)按鍵是否置于原始位 置，然后關(guān)掉電源。6試驗結(jié)果處理(一)低碳鋼的拉伸實驗記錄試件的屈服抗力 Fs和最大抗力Fb。試件斷裂后，測量斷口處的最小直徑d1和標(biāo)距間的距離11。依據(jù)測得的實驗數(shù)據(jù)，計算低碳鋼材料的強度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。強度指標(biāo):屈服極限強度極限A0塑性指標(biāo)：延伸率10一卜100%10斷面收縮率A一A1 100%A0（二）低碳鋼的壓縮實驗實驗前，測量試件的直徑 do和高度h。實驗時，觀察低碳鋼試件壓縮過程中的現(xiàn)象,測定試件屈服時的抗力 Fs,從而計算出低碳鋼的屈服極限：Fss瓦（三）灰口鑄鐵的拉伸實驗實驗前測定試件的直徑 d°,試件在拉伸過程中注意觀察與低碳鋼拉伸試驗中不同的現(xiàn)象（如變形小、無屈服、無頸縮、斷口平齊等）；記錄斷裂時的最大抗力 R,從而計算出灰口鑄鐵的拉伸強度極限:oA0（四）灰口鑄鐵的壓縮實驗實驗前測定試件