低碳钢、铸铁的拉伸试验

1、工程力学实验报告实验名称： 试验班级： 实验组号： 试验成员： 实验日期：、试验目的1、测定低碳钢的屈服点 s，强度极限b，延伸率，断面收缩率2、测定铸铁的强度极限3、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉 伸曲线。4、熟悉试验机和其它有关仪器的使用。二、实验设备1 液压式万能实验机；2 游标卡尺三、设备简介万能试验机简介具有拉伸、压缩、弯曲及其剪切等各种静力实验功能的试验机称为万能材料 试验机，万能材料试验机一般都由两个基本部分组成；1、加载部分：利用一定的动力和传动装置强迫试件发生变形，从而使试件 受到力的作用，即对试件加载。2、测控部分：指示试件所受载荷大小及变

2、形情况。四、实验原理低碳钢和铸铁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：d（1）弹性阶段（Ob段）在拉伸的初始阶段，C - &曲线（oa段）为一直线，说明应力与应变成正比， 即满足胡克定理， 此阶段称为线形阶段。 线性段的最高点则称为

3、材料的比例极限 （c J,线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量 E。线性阶段后，c - &曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在 整个弹性阶段卸载， 应力应变曲线会沿原曲线返回， 载荷卸到零时， 变形也完全 消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（ce）, 般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。（2）屈服阶段（ bc 段）超过弹性阶段后， 应力几乎不变， 只是在某一微小范围内上下波动， 而应变 却急剧增长， 这种现象成为屈服。 使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极 限（c S）。当材料屈服时， 如果用砂纸将试件表面打磨， 会发现试件表面呈现出

4、与轴线 成 45°斜纹。这是由于试件的 45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由 于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。（3）强化阶段（ ce 段）经过屈服阶段后， 应力应变曲线呈现曲线上升趋势， 这说明材料的抗变形能 力又增强了，这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如d-d /斜线）， 其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。 当载荷卸载到零时， 变形并未完全消 失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变， 相应地应力减小至零 时消失的应变称为弹性应变。 卸载完之后， 立即再加载， 则加载时的应力应变关 系

5、基本上沿卸载时的直线变化。 因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进 行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点， 该最高点对应的应力称为材料的 强度极限（c b）,强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。（ 4）局部变形阶段（ ef 段）试样拉伸达到强度极限C b之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增 大至强度极限c b之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现 后，使试件继续变形所需载荷减小， 故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在 f点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏

6、 的原因不仅有拉应力还有切应力。(5)伸长率和断面收缩率试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的Lo变为Li。用百分比表示的比值A=( Li- L 0)/ L 0*100%称为伸长率。试样的塑性变形越大，S也越大。因此，伸长率是衡量材料塑性的指标。原始横截面面积为Ao的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为 A1，用 百分比表示的 比值 Z= (ArAi) /Ao*1OO%称为断面收缩率。Z也是衡量材料塑性的指标。所以，低碳钢拉伸破坏变形很大，断口缩颈后，端口有45度茬口，由于该方向上存在最大剪应力t造成的，属于剪切破坏力。五、实验内容及数据处理1、实验前测低碳钢和铸铁的直径和分三段测低碳

7、钢和铸铁的直径do、标距Lo以及截面积A材料直径do/mm标距Lo/mm截面 积A/mn2IIIIII平均 值/mm12r 121r 2低碳 钢io.oo9.9010.0010.109.709.909.8098.0075.39铸铁10.109.7010.3010.009.9010.009.9099.0076.942、进行低碳钢拉伸试验(1)将低碳钢按要求放于万能试验机上，并一步一步按照实验要求进行试 验。试验完成后将拉伸曲线打印出来。/I"取大力FMKN抗拉强 度 6 /MP上屈服 应力Fsi/KN上屈服 强度6 si/ MP下屈服 应力FS2/KN下屈服 强度6 S2/ MP断后伸

8、 长率A/%断面收缩率Z/%36.75487.4725.7541.5623.00305.0827.55%73.96%图3(3)计算应力值(强度)、伸长率A及收缩率Z并填写下表。抗拉强度6上屈服强度6 si下屈服强度6 S236 = FMAo = 36.75*10 /75.39 = 487.47 MP6 S1= Fs1/A。=25.75*10 3/75.39 = 341.56 MP6 S1= FS2/A0 =23.00*10 3/75.39 = 305.08 MP(2)记录试验后低碳钢式样的断口直径 di、断裂后的标距长度Li、断口处横截面积Ai以及断面形状断口直径dmm断裂后的标距长度L/mm

9、断口处横截面积 A1/ mm212平均值5.005.005.0012519.63断面形状如下图:断后伸长率 A A = (L 1- L 0)/ L 0 *100% =(125-98)/98*100% = 27.55%断面收缩率 ZZ = (A0- A1)/ A*100%=(75.39-19.63)/75.39*100%=73.96%3、进行铸铁拉伸试验(1)将低碳钢按要求放于万能试验机上，并一步一步按照实验要求进行试验。试验完成后将拉伸曲线打印出来。最大力Fm/KN抗拉强度6 /MP17.96233.43(2)铸铁断后观察断面形状。(3)计算应力值(强度)并填写下表。抗拉强度66 =6 = FMAo =17.96*10 3/76.94 = 233.43 MP六、思考题1 根据实验时发生的现象和实验结果比较低碳钢和铸铁的机械性能有什么不同？答：低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时会发生屈服，会产生很大的塑性 变形，断裂前有明显的颈缩现象，拉断后断口呈凸凹