低碳鋼拉伸試驗

1、低碳鋼拉伸試驗低碳鋼和灰口鑄鐵的拉伸、壓縮實驗1 實驗目的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,強度極限,延伸率和斷面收縮率。 .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，對其強度指標和塑性指標進行比較。.學習、掌握電子萬能試驗機的使用方法及其工作原理。2 儀器設備和量具50kn電子萬能試驗機，單向引伸計，鋼板尺，游標卡尺。3 試件 實驗證明，試件尺寸和

2、形狀對實驗結(jié)果有影響。為了便于比較各種材料的機械性能，國家標準中對試件的尺寸和形狀有統(tǒng)一規(guī)定。根據(jù)國家標準，（gb6397-86），將金屬拉伸比例試件的尺寸列表如下：試件標距長度l0橫截面積a0圓試件直徑d0表示延伸率的符號比例/長短或任意任意或任意任意本實驗的拉伸試件采用國家標準中規(guī)定的長比例試件(圖21),實驗段直徑,標距。本實驗的壓縮試件采用國家標準（gb7314-87）中規(guī)定的圓柱形試件，（圖22）。圖21 拉伸試件圖22 壓縮試件4 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和標距。實驗時，首先將試件安裝在實驗機的上、下夾頭內(nèi)，并在實驗段的標記處安裝引伸儀

3、，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（曲線，見圖23）或應力-應變曲線（曲線，見圖24），隨著載荷的逐漸增大，材料呈現(xiàn)出不同的力學性能：lf圖24圖23（1）彈性階段（ob段）在拉伸的初始階段，曲線（oa段）為一直線，說明應力與應變成正比，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（），線性段的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），應力應變不再成正比，但若在整個彈性階段卸載，應力應變曲線會沿原曲線返回，載荷卸到零時，變形也完全消失。卸載后變形能完全消失的應力最大點稱為材料的彈性極限（）

4、，一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，應力幾乎不變，只是在某一微小范圍內(nèi)上下波動，而應變卻急劇增長，這種現(xiàn)象成為屈服。使材料發(fā)生屈服的應力稱為屈服應力或屈服極限（）。當材料屈服時，如果用砂紙將試件表面打磨，會發(fā)現(xiàn)試件表面呈現(xiàn)出與軸線成斜紋。這是由于試件的斜截面上作用有最大切應力，這些斜紋是由于材料沿最大切應力作用面產(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，應力應變曲線呈現(xiàn)曲線上升趨勢，這說明材料的抗變形能力又增強了，這種現(xiàn)象稱為應變硬化。若在此階段卸載，則卸載過程的應力應變曲線為一條斜線（如斜線），其斜率與比

5、例階段的直線段斜率大致相等。當載荷卸載到零時，變形并未完全消失，應力減小至零時殘留的應變稱為塑性應變或殘余應變，相應地應力減小至零時消失的應變稱為彈性應變。卸載完之后，立即再加載，則加載時的應力應變關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。在硬化階段應力應變曲線存在一最高點，該最高點對應的應力稱為材料的強度極限（），強度極限所對應的載荷為試件所能承受的最大載荷。（4）頸縮階段（ef段）試樣拉伸達到強度極限之前，在標距范圍內(nèi)的變形是均勻的。當應力增大至強度極限之后，試樣出現(xiàn)局部顯著收縮，這一現(xiàn)象稱為頸

6、縮。頸縮出現(xiàn)后，使試件繼續(xù)變形所需載荷減小，故應力應變曲線呈現(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力還有切應力。（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性能明顯不同于低碳鋼，其應力應變曲線如圖25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，這說明引起試樣破壞的原因是最大拉應力。（三）低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗圖25低碳鋼試件在壓縮過程中，在加載開始段，從應力應變曲線圖26可以看出，應力與應變成正比，即滿足胡克定理。當載荷達到一定程度時

7、，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成550。一般認為是切應力和摩擦力共同作用的結(jié)果。圖27圖265 實驗步驟（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“復位”按鈕啟動試驗機。2、雙擊桌面上的圖標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、用游標卡尺

8、測量試樣的直徑和標距，并記錄。在試件的標距范圍內(nèi)測量試件三個橫截面處的截面直徑，在每個截面上分別取兩個相互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，并據(jù)此計算試件的橫截面面積。測量標距時，要用游標卡尺測量三次，并取三次測量結(jié)果的平均值作為試件的原始長度。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，當試樣能夠夾在下鉗口時，停止； 在實驗操作界面上把負荷、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min的速度使橫梁下降，消除預緊力，使負荷變?yōu)榱悖?裝夾引

9、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min； 單擊“新建試樣”按鈕，輸入試件的有關信息，包括直徑（或長、寬）、標距，然后點擊“新建試樣” 按鈕，再點擊“確認”。 再次把負荷、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。當試件即將進入屈服階段時，屏幕會彈出對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泿形曲線（表明試件處于流塑階段），應力變化不大，但應變大大增加。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

10、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距點之間的長度，及斷口處最小的直徑，并計算斷后面積。 數(shù)據(jù)處理。單擊菜單欄中的“試驗分析”，并在相應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力-應變曲線，單擊“確定”銨鈕后打印試驗報告。（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

11、）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的預壓力）。（3）試驗速度在屈服前用2mm/min，屈服后用5mm/min。（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，關閉軟件和試驗機，并檢查機器和儀器的各開關按鍵是否置于原始

12、位置，然后關掉電源。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和標距間的距離。依據(jù)測得的實驗數(shù)據(jù)，計算低碳鋼材料的強度指標和塑性指標。強度指標： 屈服極限 強度極限 塑性指標： 延伸率 斷面收縮率 （二）低碳鋼的壓縮實驗實驗前，測量試件的直徑和高度。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：（三）灰口鑄鐵的拉伸實驗實驗前測定試件的直徑，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fb，從而計算出灰口鑄鐵的拉伸強度極限：。（四）灰口鑄鐵的壓