低碳鋼、鑄鐵的拉伸試驗

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上工程力學(xué)實驗報告實驗名稱： 試驗班級： 實驗組號： 試驗成員：實驗日期： 一、試驗?zāi)康?、測定低碳鋼的屈服點，強(qiáng)度極限，延伸率，斷面收縮率。2、測定鑄鐵的強(qiáng)度極限。3、觀察低碳鋼拉伸過程中的各種現(xiàn)象（如屈服、強(qiáng)化、頸縮等），并繪制拉伸曲線。4、熟悉試驗機(jī)和其它有關(guān)儀器的使用。二、實驗設(shè)備1液壓式萬能實驗機(jī)；2游標(biāo)卡尺三、設(shè)備簡介萬能試驗機(jī)簡介具有拉伸、壓縮、彎曲及其剪切等各種靜力實驗功能的試驗機(jī)稱為萬能材料試驗機(jī)，萬能材料試驗機(jī)一般都由兩個基本部分組成；1、加載部分：利用一定的動力和傳動裝置強(qiáng)迫試件發(fā)生變形，從而使試件受到力的作用，即對試件加載。2、 測控部分：指示試

2、件所受載荷大小及變形情況。四、實驗原理低碳鋼和鑄鐵是工程上最廣泛使用的材料，同時，低碳鋼試樣在拉伸試驗中所表現(xiàn)出的變形與抗力間的關(guān)系也比較典型。低碳鋼的整個試驗過程中工作段的伸長量與荷載的關(guān)系由拉伸圖表示。做實驗時，可利用萬能材料試驗機(jī)的自動繪圖裝置繪出低碳鋼試樣的拉伸圖即下圖中拉力F與伸長量L的關(guān)系。需要說明的是途中起始階段呈是由于試樣頭部在試驗機(jī)夾具內(nèi)有輕微滑動及試驗機(jī)各部分存在間隙造成的。大致可分為四個階段：（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。線性段的最高點則稱為材料的比例極限（p），線性段的直線斜

3、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，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），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(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45°斜紋。這是由于試件的45°斜截面上作用有最大切應(yīng)力，這些斜紋是

4、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）強(qiáng)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，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(jìn)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

5、化階段應(yīng)力應(yīng)變曲線存在一個最高點，該最高點對應(yīng)的應(yīng)力稱為材料的強(qiáng)度極限（b），強(qiáng)度極限所對應(yīng)的載荷為試件所能承受的最大載荷Fb。（4）局部變形階段（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。（5）伸長率和斷面收縮率試樣拉斷后，由于保留了塑性變形，標(biāo)距由原來的L0變?yōu)長1。用百分比表示的比值 A=（L1- L0）/ L0*100%稱

6、為伸長率。試樣的塑性變形越大，也越大。因此，伸長率是衡量材料塑性的指標(biāo)。原始橫截面面積為A0的試樣，拉斷后縮頸處的最小橫截面面積變?yōu)锳1，用百分比表示的 比值 Z=（A0-A1）/A0*100%稱為斷面收縮率。Z也是衡量材料塑性的指標(biāo)。 所以，低碳鋼拉伸破壞變形很大，斷口縮頸后，端口有45度茬口，由于該方向上存在最大剪應(yīng)力造成的，屬于剪切破壞力。五、實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理1、實驗前測低碳鋼和鑄鐵的直徑和 分三段測低碳鋼和鑄鐵的直徑d0、標(biāo)距L0以及截面積A0。材料 直徑d0/mm標(biāo)距L0/mm截面積A0/mm2 I II III平均值/mm 1 2 1 2 1 2低碳鋼10.009.9010.00

7、10.109.709.909.8098.0075.39鑄鐵10.109.7010.3010.009.9010.009.9099.0076.942、進(jìn)行低碳鋼拉伸試驗（1）將低碳鋼按要求放于萬能試驗機(jī)上，并一步一步按照實驗要求進(jìn)行試驗。試驗完成后將拉伸曲線打印出來。（2）記錄試驗后低碳鋼式樣的斷口直徑d1、斷裂后的標(biāo)距長度L1、斷口處橫截面積A1以及斷面形狀。 斷口直徑d1/mm 斷裂后的標(biāo)距長度L1/mm斷口處橫截面積A1/ mm2 1 2 平均值 5.00 5.00 5.00 125 19.63斷面形狀如下圖：(3)計算應(yīng)力值(強(qiáng)度)、伸長率A及收縮率Z并填寫下表。最大力FM/KN抗拉強(qiáng)度/

8、MP上屈服應(yīng)力FS1/KN上屈服強(qiáng)度S1/ MP下屈服應(yīng)力FS2/KN下屈服強(qiáng)度S2/ MP斷后伸長率A/%斷面收縮率Z/%36.75 487.4725.75 41.5623.00 305.08 27.55%73.96%抗拉強(qiáng)度 = FM/A0 = 36.75*103/75.39 = 487.47 MP上屈服強(qiáng)度S1 S1= FS1/A0 =25.75*103/75.39 = 341.56 MP下屈服強(qiáng)度S2 S1= FS2/A0 =23.00*103/75.39 = 305.08 MP斷后伸長率A A = (L1- L0)/ L0 *100% =(125-98)/98*100% = 27.5

9、5%斷面收縮率Z Z = (A0- A1)/ A0*100% =(75.39-19.63)/75.39*100% =73.96%3、進(jìn)行鑄鐵拉伸試驗（1）將低碳鋼按要求放于萬能試驗機(jī)上，并一步一步按照實驗要求進(jìn)行試驗。試驗完成后將拉伸曲線打印出來。（2）鑄鐵斷后觀察斷面形狀。(3)計算應(yīng)力值(強(qiáng)度)并填寫下表。最大力FM/KN抗拉強(qiáng)度/MP17.96 233.43抗拉強(qiáng)度 = FM/A0 =17.96*103/76.94 = 233.43 MP六、思考題1 根據(jù)實驗時發(fā)生的現(xiàn)象和實驗結(jié)果比較低碳鋼和鑄鐵的機(jī)械性能有什么不同?答：低碳鋼是典型的塑性材料，拉伸時會發(fā)生屈服，會產(chǎn)生很大的塑性變形，斷裂前有明顯的頸縮現(xiàn)象，拉斷后斷口呈凸凹狀，而鑄鐵拉伸時沒有