低碳钢拉伸的力学性能研究.doc

低碳钢拉伸的力学性能研究一、 研究对象本试验的研究对象为低碳钢。有试验表明，所用试样的形状和几何尺寸，对其力学性能测试结果有一定影响，为了使试验结果具有可比性应按现行国家标准GB/T288-2002的相关规定加工成标准试样。本次试验中，采用长比例圆形截面定标距试样，圆形截面试件的结构如图1所示。图1 拉伸试样圆截面拉伸试样由夹持段、过渡段和平行段构成。图中，Lo为试样原始标距（即测量变形的长度）。do为圆形试样平行长度部分的原始直径。二、 研究内容观察低碳钢的拉伸过程及破坏现象，并测定其主要的力学性能指标。三、 实验方法3.1实验原理低碳钢是工程上最广泛使用的材料，同时，低碳钢试样在拉伸试验中所表现出的变形与抗力间的关系也比较典型。低碳钢的整个试验过程中工作段的伸长量与荷载的关系由拉伸图表示。做实验时，可利用万能材料试验机的自动绘图装置绘出低碳钢试样的拉伸图即下图中拉力F与伸长量L的关系曲线。需要说明的是途中起始阶段呈曲线是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙造成的。大致可分为四个阶段：（1）弹性阶段oa：这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部写出荷载后，试样将恢复其原长。此阶段内可以测定材料的弹性模量E。 （2）屈服阶段bc：试样的伸长量急剧地增加，而万能试验机上的荷载读数却在很小范围内波动。如果略去这种荷载读数的微小波动不计，这一阶段在拉伸图上可用水平线段来表示。若试样经过抛光，则在试样表面将看到大约与轴线成45方向的条纹，称为滑移线。 （3）强化阶段ce 试样经过屈服阶段后，若要使其继续伸长，由于材料在塑性变形过程中不断强化，故试样中抗力不断增长。 （4）颈缩阶段和断裂ef:试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低。此时可以看到试样某一段内横截面面积显著地收缩，出现“颈缩”的现象，一直到试样被拉断。断口呈杯锥状如右图所示 利用原始标距内的残余变形来计算材料断后伸长率A和断面收缩率Z，计算公式为： 延伸率： 100%截面收缩率：100%式中: Su为试件拉断后，颈缩处之最小截面积mm2 L0为试件之原始标距mm， Lu为试件拉断后标距mm。3.2实验方法低碳钢试样，在被拉断前一定要产生颈缩，而颈缩部分及其影响区的塑性变形在伸长率中占有很大比例。一种材料的伸长率不仅取决于材质，而且还取决于试样的标距。试样愈短，局部变形所占的比例愈大，伸长率也就愈大。用标距为10倍直径试样测定的伸长率记做，用标距为5倍直径试样测定的伸长率记做。国家标准推荐使用短比例试样。本实验的试样采用国标中圆截面长比例试样，直径，标距。根据GB/T 2282002金属材料室温拉伸试验方法，测定试样原始横截面面积。本次实验采用圆形截面试样，应在标距的两端及中间处的两个相互垂直的方向上各测一次横截面直径d，取其算术平均值，选用三处中平均直径最小值，并以此值计算横截面面积So，其中So =d2/4。测量标距时，要用游标卡尺测量三次，并取三次测量结果的平均值作为试件的原始长度。本实验采用QBD-100微机伺服控制万能电子试验机进行低碳钢试件的拉伸试验，试验机的精度等级为1级，轴向力的测量精度为0.01KN,其位移测量分辨率0.005mm，原理为经调速系统控制伺服电机转动，经减速系统减速后通过精密丝杠副带横梁上升、下降，带动上端的光纤编码器，记录转动角度，显示出位移值，完成试样的拉伸力学性能试验。当传感器受到拉力P的作用时，由于弹性元件表面粘贴有应变片，因为弹性元件的应变与外力P的大小成正比例，故此将应变片接入测量电路中，即可通过测出其输出电压，从而测出力的大小。采用接触式位移引伸计测量试件拉伸的伸长量，用橡皮筋固定好引伸计，其原理是前端机械机构采集其变形量，然后将其变形量传递至电器元件组成的传感器，后端将其变形量转化为电信号，最后经过处理器处理将变形量显示出来。其标距为50mm，量程为5mm，精度为0.001mm。试件被拉断之后，取下试件，先将两段试件沿断口整齐地对拢，量取并记录拉断后两标距点之间的长度即断后标距Lu，及颈缩处最小的直径，并计算颈缩处最小截面积Su。四、 实验结果1）试样原始尺寸最小横截面面积S0（mm2） 标距L0（mm）材料直径 (mm) 横截面横截面横截面(1)(2)平均(1)(2)平均(1)(2)平均Q235钢10010.0210.0010.0110.0210.0610.0410.0410.0410.0478.6972）. 实验数据材料下屈服载荷FeL（kN）最大载荷Fm（kN）拉断后标距Lu（mm）颈缩处直径du（mm）颈缩处最小横截面积Su（）Q235钢平均24.21835.69126.656.226.1529.7066.083）计算结果材料强 度 指 标塑 性 指 标下屈服强度ReL（N/ mm2）抗拉强度 Rm（N/ mm2）延伸率A(%)截面收缩率Z(%)Q235钢 307.738454.526.7 62.2五、 结果讨论根据国家标准GB2282002 “金属材料 室温拉伸试验方法，我们通过试验，得出了金属试件的拉伸曲线。根据其曲线特征，与文献比对，验证了金属材料为低碳钢。由-曲线可以看出，低碳钢断裂前明显地分成了四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段及颈缩阶段。在本次试验中，我们得到的最大载荷为35.69KN,下屈服强度为307.738MP，抗拉强度为454.5MP,延伸率26.7%，截面收缩率62.2%。但由于试验次数及试件数量均有限，因此不能确定低碳钢的具体牌号。六、 结论 通过试验结果分析与讨论，结合已有的研究数据及参考文献，我们得到以下结论：1） 试验采用的Q235低碳钢试件为塑性材料，其-曲线包含四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段及颈缩阶段。2） 测定的低碳钢的屈服强度=3