低碳鋼拉伸實驗

1、低碳鋼拉伸實驗 一、實驗?zāi)康?1驗證虎克定律，測定低碳鋼的彈性模量E。 2測定低碳鋼的屈服極限；強度極限；延伸率；截面收縮率。 3觀察低碳鋼拉伸過程中各個階段的現(xiàn)象，繪制拉伸的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。 二、實驗設(shè)備 1液壓式萬能材料試驗機 2球鉸式引伸儀 3游標卡尺 三、試件采用圓形截面試件，直徑為10。試件等截面的中段用于測量拉伸變形，其長度稱為“原始標距” ，根據(jù)國標規(guī)定，取，即為100，兩端較粗部分是頭部，為裝入試驗機夾頭中承受拉力之用。如圖21所示。l0      圖21 四、實驗原理低碳鋼屬塑性材料，在做拉伸實驗過程中，其P曲線如圖22所示，

2、大致可分為四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段、局部變形階段。 1彈性模量E的測定 試件受到軸向拉力P的作用時，在比例極限內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系符合虎克定律，彈性模量是應(yīng)力和應(yīng)變的比值，即 ： Pl屈服階段強化階段局部變形階段彈性階段初始瞬時效應(yīng)O        圖22 可見，在比例極限內(nèi)，對橫截面面積為的試樣施加拉伸載荷P，并測出標距的相應(yīng)伸長，即可求得彈性模量E。為了驗證虎克定律，并提高測是彈性模量E的精確度，通常采用“增量法”進行實驗，也就是把載荷分成若干相等的加載等級，然后逐級加載。測彈性模量時最高載荷為屈服載荷的7

3、0%80%，若低碳鋼的直徑為10，則不超過15KN。實驗時，從到逐級加載，各級載荷增量為。對應(yīng)著每個載荷（i1，2，··· ，n），就有相應(yīng)的伸長，與的差值即為變形增量，它是引起的伸長增量，為引伸儀中的千分表讀數(shù)、···算得的增量， K為引伸儀的放大倍數(shù)。在逐級加載中，若等到的各級基本相等，就表明變形與拉力P成線性關(guān)系，符合虎克定律。 完成一次加載，將得到和的一組數(shù)據(jù)，按彈性模量平均法，對應(yīng)于每一個可以求得相應(yīng)的單項彈性模量，則 ( i1，2，··· ，n)則n個的算術(shù)平均值 即為材料的彈性模量。用增量法

4、進行試驗，還能判別加載、引伸儀的安裝及讀數(shù)有無錯誤。若伸長增量不按一定規(guī)律變化，說明試驗不正常，應(yīng)進行檢查。2屈服極限，強度極限的測定彈性階段過后，進入屈服階段，試驗機示力度盤的主動針停止前進，并開始倒退，載荷首次下降的最低點，稱為初始瞬時效應(yīng)，不作為強度指標，然后應(yīng)注意指針的波動情況，主動針第一次回擺之后幾次回擺中，所指的最低載荷即為屈服載荷。根據(jù)定義，屈服極限可由下式求出：式中為試件的初始橫載面面積。屈服階段過后，進入強化階段，試件因塑性變形合其內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)得到了調(diào)整，抵抗繼續(xù)變形的能力有所增強。當達到最大載荷時，在試件的某一局部的截面明顯縮小，出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象，這表明已經(jīng)進入局部變形階

5、段，此時，主動針迅速倒退，試件被拉斷，從動針停止不動，所指的載荷即為極限載荷，根據(jù)定義，強度極限可由下式求出：式中為試件的初始橫載面面積。3延伸率和截面收縮率的測定根據(jù)定義：其中為試件拉斷后測試標距范圍長度，稱為斷后標距；則為試件斷口處的最小面積。為了方便測量斷后標距，試件在試驗前應(yīng)在其表面劃上等距離并與試件軸線相垂直的標記線，例如每相距10劃上一段，如圖23(a)所示。試件拉斷后，把試件拼接起來。從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長是不均勻的，靠近斷口處伸長較多。因此，測得的數(shù)值與斷口部位有關(guān)。為了保證的準確性，應(yīng)該使斷口位于測量范圍的中部，用游標卡尺測量10格的長度即為，如圖23

6、(b)所示。如果無法使斷口位于測量范圍的中部，就要采用斷口移中的辦法來決定。 (a)(c)l0abcdlaclcdl1(b)                   圖23斷口移中的方法是：在靠近斷口處的一個劃線口，向斷裂試件中較短一段的標點a數(shù)一下共有多少格，例如有2格。如圖23(c)。然后向斷裂試件較長的一段數(shù)相同的2格，記為c，則ac段的長度為共有4格。還應(yīng)再數(shù)格。我們從c向試件較長的一段再數(shù)6

7、格的一半即3格，記為d，則cd長度為。這樣所包含的格數(shù)即為10格，此時，顯然，這樣的測量方法可保證斷口在測量段的中間，使較為準確。五、實驗步驟實驗必須按步驟進行，次序為試件和試驗機準備、安裝試件及引伸儀、試驗（加載、觀察、記錄）、測量、整理數(shù)據(jù)等。1試件準備（1）沿試件標距的范圍內(nèi)，用劃線機每隔10刻劃標記線。（2）在試件標距范圍內(nèi)分別測量試件的兩端及中間三個位置的直徑。為保證精確度，每一截面取互相垂直的兩個方向各測量一次，并計算其平均值，以三截面中最小處的平均值作為計算直徑，再算出試件的初始橫截面面積。2試驗機準備（1）根據(jù)試件極限載荷的大小，選擇合適的測力量程，并配置相應(yīng)的擺錘。對于低碳鋼

8、拉伸試驗，通常選擇的量程。（2）調(diào)整測力指針，對準零點。（3）在自動繪圖器上安裝繪圖紙與筆。3安裝試件及引伸儀首先安裝試件，并使之剛好拉緊（如測力盤指示0.2KN），再安裝球鉸引伸儀。引伸儀裝好后要調(diào)整指針使之位于刻度零點。4開動試驗機預(yù)加小量載荷（如加至2KN），以檢查試驗機工作是否正常，引伸儀上百分表指針是否轉(zhuǎn)動，確認正常后卸載接近零點。5進行試驗（1）慢速加載，初載荷為6KN，緩慢而均勻地使試件產(chǎn)生變形，注意測力指針的轉(zhuǎn)動，自動繪圖的情況和相應(yīng)的試驗現(xiàn)象。（2）從初載荷開始，每2KN記錄一次引伸儀中千分表的讀數(shù)，并估算引伸儀先后兩次讀數(shù)差，以判斷試驗是否正常。（3）卸下引伸儀。（4）繼續(xù)

9、加載，觀察屈服時的載荷。當測力指針倒退時，說明材料發(fā)生屈服，讀出屈服載荷Ps。（5）過屈服階段后，可用較快的速度加載，注意觀察試件出現(xiàn)頸縮部位，直至將試件拉斷，記下極限載荷，停車，取下試件。6測量（1）為了計算延伸率，需按實驗原理第3點介紹的方法測量拉斷后試件標距范圍內(nèi)的長度。（2）為了計算試件的截面收縮率，將斷裂試件的兩端盡量對緊，用游標卡尺測量斷口頸縮處最小直徑。為保證精確度，需在兩個互相垂直的兩個方向各測量一次，并取平均值計算出試件斷口處的截面最小面積。7清理儀器設(shè)備，結(jié)束實驗。8整理數(shù)據(jù)，完成實驗報告。   §22鑄鐵拉伸實驗 一、實驗

10、目的1測定鑄鐵的拉伸強度極限。2觀察鑄鐵拉伸的破壞現(xiàn)象，并與低碳鋼拉伸的破壞現(xiàn)象比較。 二、實驗設(shè)備 1液壓式萬能材料試驗機 2游標卡尺 三、試件 采用圓形截面試件，兩端較粗部分是頭部，為裝入試驗機夾頭中承受拉力之用。如圖21所示。四、實驗原理鑄鐵屬脆性材料，在拉伸斷裂以前所能發(fā)生的變形是很小的，無屈服階段和頸縮現(xiàn)象，其P曲線如圖24所示。PlO         圖24鑄鐵拉伸實驗中，只有一個強度特征值，即拉斷時的應(yīng)力強度極限，根據(jù)定義，可由下式求出：式中A0為試件初始橫載面面積，Pb為材料拉斷時的極限載

11、荷。五、實驗步驟1試件準備測量試件的兩端及中部共三個位置的直徑，為保證精確度，每一截面均取互相垂直的兩個方向各測量一次，并計算其平均值，以三截面中最小處的平均值作為計算直徑，再算出試件的初始橫截面面積，無需在試件上刻線。2試驗機準備根據(jù)試件極限載荷的大小，選擇合適的測力量程，并配置相應(yīng)的擺錘。對于鑄鐵拉伸試驗，通常選擇060KN的量程。調(diào)整測力指針，對準零點。3安裝試件4進行試驗開動試驗機，慢速加載，直至試件斷裂為止，記下極限載荷，停車，取下試件。5清理儀器設(shè)備，結(jié)束實驗。6整理數(shù)據(jù)，完成實驗報告。    §23低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗 

12、; 一、實驗?zāi)康?1測定壓縮時低碳鋼的屈服極限；和鑄鐵的強度極限。 2觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形和破壞現(xiàn)象，并進行比較。 二、實驗設(shè)備 1液壓式萬能材料試驗機 2游標卡尺 三、試件采用圓柱狀試件，其高度為直徑的1.52倍，如圖25(a)所示。鑄鐵O(a)(b)d0 低碳鋼         圖25四、實驗原理1低碳鋼壓縮實驗低碳鋼在壓縮時的曲線如圖25(b)所示，圖中還用虛線繪出了低碳鋼在拉伸時的曲線，從這兩條曲線可以看出，在屈服階段以前，它們基本上是重合的，這說明低碳鋼在壓縮時的彈性模量E和屈服極限與拉

13、伸時大致相同，但在超過屈服極限以后，因低碳鋼試件的軸向長度不斷縮短，受壓面積越來越大，直到被壓成鼓形而不產(chǎn)生斷裂，如圖26(a)所示。如果載荷(a)(b)PlO(c)          圖26足夠大（例如加至2000KN），試件可被壓成餅狀，所以無法測定材料的壓縮強度極限，故一般來說，鋼材的力學性能主要是用拉伸實驗來確定，并認為屈服極限為低碳鋼壓縮時的強度特征值：式中為試件初始橫載面面積，為低碳鋼壓縮時的屈服載荷。必須指出低碳鋼壓縮時的屈服階段并不象拉伸時那樣明顯，因此在確定時要特別小心地觀察。在緩慢而均

14、勻地加載下，最初測力指針是等速轉(zhuǎn)動的，但發(fā)生屈服時，測力指針的轉(zhuǎn)動減慢，直至停止轉(zhuǎn)動，停留時間很短（例如0.5秒），有時也有出現(xiàn)回擺的現(xiàn)象，這就是屈服現(xiàn)象。指針停留時的載荷或指針往回擺的最低載荷即為材料的屈服載荷。2鑄鐵的壓縮實驗鑄鐵是典型的脆性材料，在壓縮時并無屈服階段，其P曲線如圖26(b)所示，當對試件加至極限載荷時，試件在壓縮變形很小時就突然發(fā)生剪斷破壞，斷面與試件軸線的夾角大約為40º45º，如圖26(c)所示。此時，測力主動針迅速倒退，由從動針可讀出值，于是即可確定鑄鐵的強度極限： 式中為試件初始橫載面面積，為鑄鐵壓縮時的極限載荷。由實驗表明，鑄鐵的抗壓能力比其抗剪能力好，而且在受壓時的強度極限比受拉時的要高34倍，故鑄鐵只適用于受壓構(gòu)件。五、實驗步驟1試件準備測量試件中間處的直徑，在互相垂直的兩個方向各測量一次，以其平均直徑計算出試件的初始橫截面面積，再測量試件高度。2試驗機準備根