低碳鋼、鑄鐵的拉伸試驗(yàn)

1、工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱:試驗(yàn)班級(jí):實(shí)驗(yàn)組號(hào):試驗(yàn)成員:實(shí)驗(yàn)日期:一、試驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定低碳鋼的屈服點(diǎn)as,強(qiáng)度極限ab,延伸率6,斷面收縮率中。2、測(cè)定鑄鐵的強(qiáng)度極限abo3、觀察低碳鋼拉伸過(guò)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(yàn)機(jī)和其它有關(guān)儀器的使用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 .液壓式萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)；2 .游標(biāo)卡尺三、設(shè)備簡(jiǎn)介萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)介具有拉伸、壓縮、彎曲及其剪切等各種靜力實(shí)驗(yàn)功能的試驗(yàn)機(jī)稱為萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)一般都由兩個(gè)基本部分組成；1、加載部分：利用一定的動(dòng)力和傳動(dòng)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(duì)試件加載。2、測(cè)控部分：指示試件所受載荷大

2、小及變形情況。四、實(shí)驗(yàn)原理低碳鋼和鑄鐵是工程上最廣泛使用的材料，同時(shí)，低碳鋼試樣在拉伸試驗(yàn)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(gè)試驗(yàn)過(guò)程中工作段的伸長(zhǎng)量與荷載的關(guān)系由拉伸圖表示。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，可利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)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(zhǎng)量L的關(guān)系曲線。需要說(shuō)明的是途中起始階段呈曲線是由于試樣頭部在試驗(yàn)機(jī)夾具內(nèi)有輕微滑動(dòng)及試驗(yàn)機(jī)各部分存在間隙造成的。大致可分為四個(gè)階段：（1）彈性階段（Ob段）在拉伸的初始階段，工-e曲線（oa段）為一直線，說(shuō)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(diǎn)則稱為材料的比例極限（工p）,線性段的直線

3、斜率即為材料的彈性摸量E線性階段后，工-e曲線不為直線（ab段），應(yīng)力應(yīng)變不再成正比，但若在整個(gè)彈性階段卸載，應(yīng)力應(yīng)變曲線會(huì)沿原曲線返回，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（工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(guò)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(zhǎng)，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（工S）0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，這些斜紋是由于材料沿最

4、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(guò)屈服階段后，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)曲線上升趨勢(shì)，這說(shuō)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(guò)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

5、應(yīng)變曲線存在一個(gè)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（工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Fbo（4）局部變形階段（ef段）試樣拉伸達(dá)到強(qiáng)度極限"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5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(shì)，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(shuō)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(zhǎng)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(lái)的Lo變?yōu)長(zhǎng)。用百分比表示的比值A(chǔ)=(Li-Lo)/L0*100%稱為伸長(zhǎng)

6、率。試樣的塑性變形越大，6也越大。因此，伸長(zhǎng)率是衡量材料塑性的指標(biāo)。原始橫截面面積為A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=(Ao-Ai)/Ao*1OO%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度荏口，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(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理1、實(shí)驗(yàn)前測(cè)低碳鋼和鑄鐵的直徑和分三段測(cè)低碳鋼和鑄鐵的直徑do、標(biāo)距Lo以及截面積A材料直徑do/mm標(biāo)距Lo/mm截面積A/mn2IIIIII平均值/mm121212低碳鋼1o.oo9.9o1o.oo1o.1o9.7o9.9o9.8o98

7、.oo75.39鑄鐵1o.1o9.7o1o.3o1o.oo9.9o1o.oo9.9o99.oo76.942、進(jìn)行低碳鋼拉伸試驗(yàn)(1)將低碳鋼按要求放于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，并一步一步按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行試斷面形狀如下圖:(2)記錄試驗(yàn)后低碳鋼式樣的斷口直徑di、斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度Li、斷口處橫截面積Ai以及斷面形狀斷口直徑di/mm斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度Li/mm斷口處橫截面積Ai/mm2i2平均值5.005.005.00i25i9.63圖3(3)計(jì)算應(yīng)力值(強(qiáng)度)、伸長(zhǎng)率A及收縮率Z并填寫下表。最大力R/KN抗拉強(qiáng)度6/MP上屈服應(yīng)力Fsi/KN上屈服強(qiáng)度6si/MP下屈服應(yīng)力Fs2/KN下屈服強(qiáng)度6sJMP斷

8、后伸長(zhǎng)率A/%斷面收縮率Z/%36.75487.4725.754i.5623.00305.0827.55%73.96%抗拉強(qiáng)度66=FMAo=36.75*103/75.39=487.47MP上屈服強(qiáng)度6si6si=Fsi/Ao=25.75*103/75.39=341.56MP下屈服強(qiáng)度6s26si=FS2/A0=23.00*i03/75.39=305.08MP斷后伸長(zhǎng)率AA=(Li-L0)/L0*i00%=(i25-98)/98*i00%=27.55%斷面收縮率ZZ=(A0-Ai)/A*i00%=(75.39-i9.63)/75.39*i00%=73.96%3、進(jìn)行鑄鐵拉伸試驗(yàn)(i)將低碳鋼按要求放于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，并一步一步按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行試驗(yàn)。(2)鑄鐵斷后觀察斷面形狀。(3)計(jì)算應(yīng)力值(強(qiáng)度)并填寫下表。最fFm/KN抗拉強(qiáng)度6/MP17.96233.43抗拉強(qiáng)度66=6=FMA0=17.96*103/76.94=233.43MP六、思考題1 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)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(shí)會(huì)發(fā)生屈服，會(huì)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