低碳鋼和灰口鑄鐵的拉伸壓縮試驗(yàn)

1、低碳鋼和灰口鑄鐵的拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察低碳鋼在拉伸時(shí)的各種現(xiàn)象，并測定低碳鋼在拉伸時(shí)的屈服極限s,強(qiáng)度極限 b,延伸率10和斷面收縮率 。.觀察鑄鐵在軸向拉伸時(shí)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(qiáng)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(duì)典型的塑性材料和脆性材料進(jìn)行受力變形現(xiàn)象比較，對(duì)其強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)進(jìn)行比較。.學(xué)習(xí)、掌握電子萬能試驗(yàn)機(jī)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(yàn)機(jī)，單向引伸計(jì)，鋼板尺，游標(biāo)卡尺。3試件實(shí)驗(yàn)證明，試件尺寸和形狀對(duì)實(shí)

2、驗(yàn)結(jié)果有影響。為了便于比較各種材料的機(jī)械性能，國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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A圓試件直徑d0表示延伸率的符號(hào)比例/長短11.3TAT 或 10d。任意任意5.65寸由或5d 0任意任意本實(shí)驗(yàn)的拉伸試件采用國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的長比例試件（圖2 1），實(shí)驗(yàn)段直徑d0 10mm,標(biāo)距l(xiāng)o 100mm。本實(shí)驗(yàn)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/d0 2,do 15mm （圖 2 2）。圖2 1拉伸試件圖2 2壓縮試件4實(shí)驗(yàn)原理和方法（一）低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)在拉伸實(shí)驗(yàn)前，測定

3、低碳鋼試件的直徑d0和標(biāo)距10。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將試件安裝在實(shí)驗(yàn)機(jī)的上、卜夾頭內(nèi)，并在實(shí)驗(yàn)段的標(biāo)記處安裝引伸儀，以測量實(shí)驗(yàn)段的變形。然后開動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)，緩慢加載，與實(shí)驗(yàn)機(jī)相聯(lián)的微機(jī)會(huì)自動(dòng)繪制出載荷-變形曲線（F 1曲線，見圖2 3）或應(yīng)力-應(yīng)變曲線（曲線，見圖2 4）,隨著載荷的逐漸增大，材料呈現(xiàn)出不同的力學(xué)性能:F拉伸的初始階段,曲線（Oa段）圖2 3話性階段（Ob段）此階段稱為線形階段。 線性段的最高點(diǎn)稱為材料的比P性摸E。線性階段后,曲線不為直緩（ab段），應(yīng)另應(yīng)變不d成正比dbc變成正比羽卜定理,線性段的為材料的彈fgh即為一；線圖2 -411直線斜，但若在整個(gè)彈性階段卸載,應(yīng)力應(yīng)變曲線會(huì)沿原

4、曲線返回，載荷卸到零時(shí)，變形也完全消失。卸載后變形能完全消失的應(yīng)力最大點(diǎn)稱為材料的彈性極限（e）, 一般對(duì)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(dòng)，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(shí)，如果用砂紙將試件表面打磨，會(huì)發(fā)現(xiàn)試件表面呈現(xiàn)出與軸線成450斜紋。這是由于試彳的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，這說明材料的抗

5、變形能力又增強(qiáng)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(shí)，變形并未完全消失，應(yīng)力減小至零時(shí)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(shí)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(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上沿卸載時(shí)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(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)，該最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為材料的強(qiáng)度極限（b），強(qiáng)度極限所對(duì)應(yīng)的載荷為試件所能承受的最大載荷Fb。（4）

6、頸縮階段（ef段）試樣拉伸達(dá)到強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)方法與低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)相同，但是鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性能明顯不同于低碳斷裂，變形于試樣軸曲線圖2達(dá)到一定試件越壓鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖 2-5所示。鑄鐵從開始受力直至 始終很小，既不存在屈服階段，也無頸縮現(xiàn)象。斷口垂直線，這說明引起試樣破壞的原因

7、是最大拉應(yīng)力。（三）低碳鋼和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)低碳鋼試件在壓縮過程中，在加載開始段，從應(yīng)力應(yīng)變 6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 程度時(shí)，低碳鋼試件發(fā)生明顯的屈服現(xiàn)象。過了屈服階段后，越扁，最終被壓成腰鼓形，而不會(huì)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（娛七的示）。鑄鐵的壓縮強(qiáng)度極限約為拉伸強(qiáng)度極限的3-4倍。鑄鐵試件斷裂時(shí)，斷口方向與試件軸線約成5500 一般認(rèn) 為是切應(yīng)力和摩擦力共同作用的結(jié)果。5實(shí)驗(yàn)步驟（一）低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)1、依次打開計(jì)算機(jī)、變壓器，并按下主機(jī)外罩上的“復(fù)位”按鈕啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)。2、雙擊桌面上的圖標(biāo) WinWdw-PCI

8、 ,進(jìn)入軟件操作系統(tǒng)。3、點(diǎn)擊“試驗(yàn)操作”，打開實(shí)驗(yàn)操作界面，做拉伸試驗(yàn)時(shí)，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。在試件的標(biāo)距范圍內(nèi)測量試件三個(gè)橫截面處的截面直徑，在每個(gè)截面上分別取兩個(gè)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d0,并據(jù)此計(jì)算試件的橫截面面積A0o測量標(biāo)距時(shí)，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的原始長度10。5、做實(shí)驗(yàn)裝夾拉伸試樣。通過試驗(yàn)機(jī)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(dāng)試樣能夠夾在下鉗口時(shí)，停止; 在實(shí)驗(yàn)操作界面上把

9、負(fù)荷、峰值、變形、位移、時(shí)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(jì)，并檢查引伸計(jì)是否已正確連接到計(jì)算機(jī)主機(jī)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(diǎn)擊“新建試樣”按鈕，再點(diǎn)擊“確認(rèn)”。 再次把負(fù)荷、峰值、變形、位移、時(shí)間等各項(xiàng)分別清零。 單擊“位移方式”，切換為“取引伸計(jì)”模式。在取引伸計(jì)模式下，點(diǎn)擊“開始”按鈕，開始實(shí)驗(yàn)。當(dāng)試件即將進(jìn)入屈服階段時(shí)，屏幕會(huì)彈出對(duì)話框提示取下引伸計(jì)，此時(shí)要迅速取下引伸計(jì)。因?yàn)榇撕笤嚰⑦M(jìn)入

10、屈服階段，在載荷一變形圖上將看到一個(gè)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(jì)，引伸計(jì)將被拉壞。接著材料進(jìn)入強(qiáng)化階段，可將加載速度調(diào)至5mm/min,繼續(xù)實(shí)驗(yàn)直至試樣拉斷。在實(shí)驗(yàn)過程中，注意觀察屈服（流動(dòng)）、強(qiáng)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(diǎn)取“保存數(shù)據(jù)”按鈕，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。取下試樣， 先將兩段試件沿?cái)嗫谡R地對(duì)攏，量取并記錄拉斷后兩標(biāo)距點(diǎn)之間的長度l1 ， 及斷口處最小的直徑d 1，并計(jì)算斷后面積。 數(shù)據(jù)處理。單擊菜單欄中的“試驗(yàn)分析”，并在相應(yīng)的對(duì)話中選擇需要計(jì)算的項(xiàng)目。然后單擊“自動(dòng)計(jì)算”。需要打印時(shí)單

11、擊“試驗(yàn)報(bào)告”按鈕，把需要輸出的選項(xiàng)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”銨鈕后打印試驗(yàn)報(bào)告。（ 二）鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)操作步驟與低碳鋼試驗(yàn)基本相同，不同之處有：（ 1）無須裝夾引伸計(jì)。（2）速度選擇置于 2mm/min直至斷裂。（ 3）在實(shí)驗(yàn)中注意讀取荷載極限值。（三）低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)其操作步驟與拉伸時(shí)基本相同，不同之處有：（ 1 ）試件放于下壓頭的中心處，移動(dòng)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(yàn)速度在屈服前用2mm/min,屈服后用5mm/min。（ 4）試樣不會(huì)斷裂，

12、曲線畫到一定程度即可結(jié)束試驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)中注意讀取屈服時(shí)的荷載值。（四）鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)操作步驟與低碳鋼壓縮相同，不同的是試件破斷后停機(jī)。全部實(shí)驗(yàn)完畢后，關(guān)閉軟件和試驗(yàn)機(jī)，并檢查機(jī)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(yàn)結(jié)果處理（一）低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算低碳鋼材料的強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。強(qiáng)度指標(biāo)：L. 2屈服極限強(qiáng)度極限塑性指標(biāo)：延伸率斷面收縮率（二）低碳鋼的壓縮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前，測量試件的直徑 do和高度ho。實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察低碳鋼試件壓縮過程中的現(xiàn)象，測定試件屈二，其中AA且A。10l1 l010100%A0A1A0100%服時(shí)的抗力Fs,從而計(jì)算出低碳鋼的屈服極限：（三）灰口鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(shí)的最大抗力Fb,從而計(jì)算出灰口鑄鐵的拉伸強(qiáng)度,_Fb極限： b 。A0（四）灰口鑄