碳鋼與鑄鐵的拉伸壓縮實(shí)驗(yàn)

1、碳鋼與鑄鐵的拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)一、目的1、測(cè)定碳鋼在拉伸時(shí)的屈服極限s，強(qiáng)度極限b，延伸率和斷面收縮率，測(cè)定鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)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(jìn)行比較，使用繪圖裝置繪制拉伸圖（p-l曲線）。3、測(cè)定壓縮時(shí)低碳鋼的屈服極限s。和鑄鐵的強(qiáng)度極限b。4、觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時(shí)的變形和破壞現(xiàn)象，并進(jìn)行比較。5、掌握電子萬能試驗(yàn)機(jī)的原理及操作方法6、了解液壓萬能試驗(yàn)機(jī)的工作原理及操作方法。二、設(shè)備微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)、液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺。三、拉伸試祥1. 為使各種材料機(jī)械性質(zhì)的數(shù)值能互相比較，避免試件的尺寸和形狀對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，對(duì)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(cè)量拉伸變形的試件中段長度（標(biāo)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(shí)應(yīng)使試件兩個(gè)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(yàn)機(jī)承墊之間的摩擦力，試件兩端面應(yīng)進(jìn)行磨削加工，使其光滑。四、實(shí)驗(yàn)原理 圖2-4為試驗(yàn)機(jī)繪出的碳鋼拉伸p-l曲線圖，拉伸變形l是整個(gè)試件的伸長，并且包括機(jī)器本身的彈性變形和試件頭部在夾頭中的滑動(dòng)，故繪出的曲線

3、圖最初一段是曲線，流動(dòng)階段上限b受變形速度和試件形式影響，下屈服點(diǎn)b則比較穩(wěn)定，工程上均以b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載荷作為材料屈服時(shí)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(jìn)入強(qiáng)化階段，試樣又恢復(fù)了承載能力，載荷到達(dá)最大值pb，時(shí)，試樣某一局部的截面明顯縮小，出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象，這時(shí)示力盤的從動(dòng)針停留在pb不動(dòng)，主動(dòng)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(qiáng)度極限為 （2.2） 延伸率及斷面收縮率的測(cè)定，試樣的標(biāo)距原長為l0拉斷后將兩段試樣緊密地對(duì)接在一起，量出拉斷后的標(biāo)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(yàn)無效，應(yīng)重做，若斷口距l(xiāng)。的一端的距離不在標(biāo)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(biāo)距，設(shè)兩標(biāo)點(diǎn)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(dāng)于把斷口擺在標(biāo)距中央，再看a點(diǎn)到c1點(diǎn)有多少格，就由a點(diǎn)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(biāo)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(gè)相互垂直的方向

5、上量取最小截面的直徑，以其平均值計(jì)算a1，然后按下式計(jì)算斷面收縮率： （2.4）鑄鐵試件在變形極小時(shí)，就達(dá)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(qiáng)度極限遠(yuǎn)小于低碳鋼的強(qiáng)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(shí)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(shí)的e和都與拉伸時(shí)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(huì)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(jìn)一步壓縮，會(huì)壓成圓餅狀，低碳鋼試件壓不壞，所以沒有強(qiáng)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(dāng)達(dá)到最大載荷時(shí)鑄鐵試件會(huì)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(shí)驗(yàn)步驟拉伸試驗(yàn)步驟：1、試件準(zhǔn)備（1）測(cè)量試樣尺寸 測(cè)定試樣初始橫截面面積a時(shí)，在標(biāo)距l(xiāng)的兩端及中部三個(gè)位置上，沿兩個(gè)互相垂直的方向，測(cè)量試樣直徑，以其平均值計(jì)算各橫截面面積，取三個(gè)橫截面面積中的最小值為a。2、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)時(shí)（1）檢查試驗(yàn)機(jī)的夾具是否安裝好，各種限位是否在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下就位；（2）啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力電源及計(jì)算機(jī)的電源；（3）調(diào)出試驗(yàn)機(jī)的操作軟件，按提示逐步進(jìn)行操作；（4）安裝試件。安裝時(shí)僅將試件上端夾緊，下端懸空，然后再試件上夾持引伸計(jì)；（

7、5）啟動(dòng)下降按鈕將試件移下，停止安裝好試件，進(jìn)行調(diào)零，回到試驗(yàn)初始狀態(tài)；（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)開關(guān)進(jìn)行加載，注意觀察試驗(yàn)中的試件及計(jì)算機(jī)上的曲線變化；（7）實(shí)驗(yàn)完成，保存記錄數(shù)據(jù)，打印實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告；（8）試件破壞后（非破壞性試驗(yàn)應(yīng)先卸載），斷開控制器并關(guān)閉，關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，清理還原。使用液壓萬能試驗(yàn)機(jī)時(shí)（1）調(diào)整試驗(yàn)機(jī) 按2-1的要求調(diào)整檢查萬能材料試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)pbb×。估計(jì)試件的最大載pb，按最大載荷數(shù)值為度盤測(cè)力范圍的40-80的標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)機(jī)上夾頭內(nèi)，再移動(dòng)下夾頭使之達(dá)到適當(dāng)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(qǐng)教師檢查以上實(shí)驗(yàn)步驟完成情況。開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，并使自動(dòng)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(diǎn)，以檢查試驗(yàn)機(jī)是否處于正常狀態(tài)。 （4）進(jìn)行試驗(yàn) 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(cè)力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)、自動(dòng)繪圖的情況和相應(yīng)的試驗(yàn)現(xiàn)象，以測(cè)力指針停止轉(zhuǎn)動(dòng)的載荷或指針多次回轉(zhuǎn)時(shí)，第一次回轉(zhuǎn)后的最小載荷作為屈服點(diǎn)載荷ps，并注意觀察是否出現(xiàn)滑移線。屈服后在強(qiáng)化階段任一點(diǎn)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(shí)拉力達(dá)到最大載荷，測(cè)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(jī)，取下試件。鑄鐵試驗(yàn)只要記下最大載荷及繪出拉伸圖。取下自動(dòng)繪圖儀所繪的拉伸曲線圖紙，以便寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)參考。（5）試驗(yàn)結(jié)束 打開回油閥，將載荷卸掉，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場。壓縮試驗(yàn)步驟：1、測(cè)量試樣尺寸， 測(cè)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(jì)算原截面積之用。2、調(diào)整試驗(yàn)機(jī)，選擇測(cè)力度盤，調(diào)整指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)，并調(diào)整自動(dòng)繪圖器。電子萬能試驗(yàn)機(jī)按軟件操作指南步驟進(jìn)行。3、安裝試樣，將試樣兩端面涂上潤滑油，然后準(zhǔn)確地放在試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)臺(tái)支承墊的中心上。4、檢查及試車液壓試驗(yàn)機(jī)試車時(shí)將試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)臺(tái)上升，試件亦隨之上升，當(dāng)試件上端面接近承墊

10、時(shí)應(yīng)減慢活動(dòng)臺(tái)上升速度，避免突然接觸引起劇烈加載，當(dāng)試件與上承墊剛接觸時(shí)，將自動(dòng)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(diǎn)，以檢查試驗(yàn)機(jī)工作是否正常。5、進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)于抵碳鋼試件，緩慢而均勻地加載，注意觀察測(cè)力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)情況和繪圖紙上所描的曲線，以便及時(shí)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(duì)于鑄鐵試件，緩慢而均勻地加載，同時(shí)使用自動(dòng)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(qiáng)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(yàn)機(jī)復(fù)原。六、注意事項(xiàng)1、試驗(yàn)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程，液壓試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)升降

11、電機(jī)只能用于升降工作臺(tái)，不能用于加荷。2、電子萬能試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)程序設(shè)定后，不能隨意改動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)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(yàn)機(jī)。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(yàn)過程中，由于某種特殊或意外的原因，液壓試驗(yàn)機(jī)油泵突然停止工作，此時(shí)應(yīng)將負(fù)荷卸掉使油壓降低。檢查后，重新開動(dòng)油泵進(jìn)行試驗(yàn)，不應(yīng)在高壓下起動(dòng)，以免發(fā)生意外損壞。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)以表格或圖線的形式表達(dá)，并附以必要的文字說明，包括下列內(nèi)容：料力學(xué)性能指標(biāo)：s、b、的計(jì)算。將p-l實(shí)驗(yàn)曲線轉(zhuǎn)換成-曲線，將上述機(jī)械性能指標(biāo)標(biāo)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(jī)械性能特點(diǎn)，并分析其破壞原因。八、預(yù)習(xí)及思考討論題預(yù)習(xí)本節(jié)及§2-1，并回答以下思考題。（1）參考試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)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(gè)階段? 相應(yīng)于每一階段的拉伸曲線的特點(diǎn)和物理意義是什么？（2）s和b是不是試件在屈服和斷裂時(shí)的真實(shí)應(yīng)力？為什么？（3）