低碳钢拉伸实验

低碳钢拉伸实验、实验目的1．验证虎克定律，测定低碳钢的弹性模量E。2.测定低碳钢的屈服极限Q；强度极限Q；延伸率5；截面收缩率屮。sb3．观察低碳钢拉伸过程中各个阶段的现象，绘制拉伸的应力应变曲线图。二、实验设备1．液压式万能材料试验机2．球铰式引伸仪3．游标卡尺三、试件两端其长度1称为“原始标距”，根据国标规定，取1二10d，即为两端其长度1称为“原始标距”，根据国标规定，取1二10d，即为100mm,000较粗部分是头部，为装入试验机夹头中承受拉力之用。如图2－1所示。低碳钢属塑性材料，在做拉伸实验过程中，其P—A1曲线如图2-2所示，大致可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段。1.弹性模量E的测定试件受到轴向拉力P的作用时，在比例极限内，应力和应变的关系符合虎克定律，弹性模量是应力和应变的比值，即：P1'—0P1'—0E=-标距1°的相应伸长A1，即可求得弹性模量E。为了验证虎克定律，并提高测是弹性模量E的精确度，通常采用“增量法”进行实验，也就是把载荷分成若干相等的加载等级AP，然后逐级加载。测弹性模量时最咼载荷P为屈服载荷P的ns70%〜80%，若低碳钢的直径为10mm,则P不超过15KN。实验时，从P到P逐级加载，各级载荷增量为AP。对应着每个载荷P(i0n i

=1,2, ,n）,就有相应的伸长Al,Al与Al的差值即为变形增量S（Al）,・・・ i i+1 i i它是AP引起的伸长增量，8（Al）=Al-Al=竺,AC为引伸仪中的千分表读i i+1 iKi数C「C算得的增量，K为引伸仪的放大倍数。在逐级加载中，若等到的各级5（Al）基本相等，就表明变形Al与拉力P成线性关系，符合虎克定律。i完成一次加载，将得到P和Al.的一组数据，按弹性模量平均法，对应于每一个5（Al）可以求得相应的单项弹性模量E，则i iAPAP-1'（i=1，2， ，n）1则n个E的算术平均值iE=1£Eni=1即为材料的弹性模量。用增量法进行试验，还能判别加载、引伸仪的安装及读数有无错误。若伸长增量不按一定规律变化，说明试验不正常，应进行检查。2.屈服极限Q，强度极限Q的测定sb弹性阶段过后，进入屈服阶段，试验机示力度盘的主动针停止前进，并开始倒退，载荷首次下降的最低点，称为初始瞬时效应，不作为强度指标，然后应注意指针的波动情况，主动针第一次回摆之后几次回摆中，所指的最低载荷即为屈服载荷Ps。根据定义，屈服极限可由下式求出：PQ=-^sA式中A0为试件的初始横载面面积。屈服阶段过后，进入强化阶段，试件因塑性变形合其内部的晶体结构得到了调整，抵抗继续变形的能力有所增强。当达到最大载荷P时，在试件的某一局b部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这表明已经进入局部变形阶段，此时，主动针迅速倒退，试件被拉断，从动针停止不动，所指的载荷即为极限载荷P，b根据定义，强度极限可由下式求出：PQ=—bA式中A为试件的初始横载面面积。03•延伸率5和截面收缩率屮的测定根据定义：5=X100%；5=X100%；lA-A屮=*^X100%00其中l为试件拉断后测试标距范围长度，称为断后标距；A则为试件断口11处的最小面积。为了方便测量断后标距l1，试件在试验前应在其表面划上等距离并与试件轴线相垂直的标记线，例如每相距10mm划上一段，如图2-3（a）所示。试件拉断后,把试件拼接起来。从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长是不均匀的，靠近断口处伸长较多。因此，测得的l数值与断口部位有关。为了保证l的11

准确性，应该使断口位于测量范围的中部，用游标卡尺测量10格的长度即为I】,如图2—3(b)所示。如果无法使断口位于测量范围的中部，就要采用断口移中的办法来决定l。1(b)(a)冷十卜+卜卡寸_-(b)(a)冷十卜+卜卡寸_-断口移中的方法是：在靠近断口处的一个划线口，向断裂试件中较短一段的标点a数一下共有多少格，例如有2格。如图2—3(c)。然后向断裂试件较长的一段数相同的2格,记为c,则ac段的长度为lac共有4格。还应再数10-4=6格。ac我们从c向试件较长的一段再数6格的一半即3格，记为d，则cd长度为lcd。这样"lac+2xlcd"所包含的格数即为10格，此时l=l+2xld，显然，这样的测accd1accd量方法可保证断口在测量段的中间，使.较为准确。五、实验步骤实验必须按步骤进行，次序为试件和试验机准备、安装试件及引伸仪、试验(加载、观察、记录)、测量、整理数据等。1．试件准备沿试件标距1。的范围内，用划线机每隔10mm刻划标记线。在试件标距范围内分别测量试件的两端及中间三个位置的直径。为保证精确度，每一截面取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算其平均值，以三截面中最小处的平均值作为计算直径d，再算出试件的初始横截面面积A。2．试验机准备(1)根据试件极限载荷的大小，选择合适的测力量程，并配置相应的摆锤对于低碳钢拉伸试验，通常选择0-60KN的量程。

（2）调整测力指针，对准零点。（3）在自动绘图器上安装绘图纸与笔。3．安装试件及引伸仪首先安装试件，并使之刚好拉紧（如测力盘指示0.2KN）,再安装球铰引伸仪。引伸仪装好后要调整指针使之位于刻度零点。4．开动试验机预加小量载荷（如加至2KN），以检查试验机工作是否正常，引伸仪上百分表指针是否转动，确认正常后卸载接近零点。5．进行试验（1） 慢速加载，初载荷为6KN,缓慢而均匀地使试件产生变形，注意测力指针的转动，自动绘图的情况和相应的试验现象。（2） 从初载荷开始，每2KN记录一次引伸仪中千分表的读数，并估算引伸仪先后两次读数差，以判断试验是否正常。（3）卸下引伸仪。（4） 继续加载，观察屈服时的载荷。当测力指针倒退时，说明材料发生屈服，读出屈服载荷Ps。（5） 过屈服阶段后，可用较快的速度加载，注意观察试件出现颈缩部位，直至将试件拉断，记下极限载荷P，停车，取下试件。b6．测量（1） 为了计算延伸率5，需按实验原理第3点介绍的方法测量拉断后试件标距范围内的长度1。1（2） 为了计算试件的截面收缩率屮，将断裂试件的两端尽量对紧，用游标卡尺测量断口颈缩处最小直径d。为保证精确度，需在两个互相垂直的两个方向1各测量一次，并取平均值计算出试件断口处的截面最小面积A1。7．清理仪器设备，结束实验。8．整理数据，完成实验报告。§2－2铸铁拉伸实验一、 实验目的测定铸铁的拉伸强度极限Q。b观察铸铁拉伸的破坏现象，并与低碳钢拉伸的破坏现象比较。二、 实验设备液压式万能材料试验机游标卡尺三、 试件采用圆形截面试件，两端较粗部分是头部，为装入试验机夹头中承受拉力之用。如图2－1所示。四、 实验原理铸铁属脆性材料，在拉伸断裂以前所能发生的变形是很小的，无屈服阶段和颈缩现象，其P—Al曲线如图2—4所示。PP图2－4铸铁拉伸实验中，只有一个强度特征值，即拉断时的应力一强度极限Q,b根据定义，可由下式求出：PG=—b-

bA0式中A0为试件初始横载面面积，Pb为材料拉断时的极限载荷。五、实验步骤1．试件准备测量试件的两端及中部共三个位置的直径，为保证精确度，每一截面均取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算其平均值，以三截面中最小处的平均值作为计算直径d，再算出试件的初始横截面面积A，无需在试件上刻线。002．试验机准备根据试件极限载荷的大小，选择合适的测力量程，并配置相应的摆锤。对于铸铁拉伸试验，通常选择0〜60KN的量程。调整测力指针，对准零点。3．安装试件4．进行试验开动试验机，慢速加载，直至试件断裂为止，记下极限载荷P，停车，取b下试件。5．清理仪器设备，结束实验。6．整理数据，完成实验报告。§2－3低碳钢和铸铁的压缩实验一、 实验目的1.测定压缩时低碳钢的屈服极限b；和铸铁的强度极限q。sb2．观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。二、 实验设备1．液压式万能材料试验机2．游标卡尺三、 试件采用圆柱状试件，其高度为直径的1.5〜2倍，如图2—5(a)所示。铸铁

(a)O(a)O四、实验原理1．低碳钢压缩实验低碳钢在压缩时的a-s曲线如图2—5(b)所示，图中还用虚线绘出了低碳钢在拉伸时的a-s曲线，从这两条曲线可以看出，在屈服阶段以前，它们基本上是重合的，这说明低碳钢在压缩时的弹性模量E和屈服极限a与拉伸时大致相同,s但在超过屈艮极限以后，因低碳钢试件的轴向长度h不断缩短，受压面积越来越0大，直到被压成鼓形而不产生断裂，如图2—6(a)所示。如果载荷图2—6图2—6足够大(例如加至2000KN),试件可被压成饼状，所以无法测定材料的压缩强度极限，故一般来说，钢材的力学性能主要是用拉伸实验来确定，并认为屈服极限a为低碳钢压缩时的强度特征值：sPG=—s-

sA

0

式中A为试件初始横载面面积，P为低碳钢压缩时的屈服载荷。0s必须指出低碳钢压缩时的屈服阶段并不象拉伸时那样明显，因此在确定P时s要特别小心地观察。在缓慢而均匀地加载下，最初测力指针是等速转动的，但发生屈服时，测力指针的转动减慢，直至停止转动，停留时间很短(例如0.5秒)，有时也有出现回摆的现象，这就是屈服现象。指针停留时的载荷或指针往回摆的最低载荷即为材料的屈服载荷P。s2．铸铁的压缩实验铸铁是典型的脆性材料，在压缩时并无屈服阶段，其P—Al曲线如图2—6(b)所示，当对试件加至极限载荷P时，试件在压缩变形很小时就突然发生剪断破b坏，断面与试件轴线的夹角大约为40°〜45°,如图2—6(c)所示。此时，测力主动针迅速倒退，由从动针可读出P值，于是即可确定铸铁的强度极限：b

PbA0式中A为试件初始横载面面积，P为铸铁压缩时的极限载荷。0b由实验表明，铸铁的抗压能力比其抗剪能力好，而且在受压时的强度极限比受拉时的要高3〜4倍，故铸铁只适用于受压构件。五、实验步骤1．试件准备测量试件中间处的直径，在互相垂直的两个方向各测量一次，以其平均直径计算出试件的初始横截面面积A，再测量试件高度。2．试验机准