低碳钢拉伸实验,低碳钢拉伸实验四个阶段特点

('低碳钢拉伸实验一、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s\uf073；强度极限b\uf073；延伸率\uf064；截面收缩率\uf079。3．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、试件采用圆形截面试件，直径0d为10㎜。试件等截面的中段用于测量拉伸变形，其长度0l称为“原始标距”，根据国标规定，取00d10l\uf03d，即为100㎜，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。图2－1四、实验原理低碳钢属塑性材料，在做拉伸实验过程中，其P－l\uf044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：0\'0AlPlE\uf0d7\uf044\uf03d\uf065\uf073\uf03d图2－2可见，在比例极限内，对横截面面积为0A的试样施加拉伸载荷P，并测出标距\'0l的相应伸长l\uf044，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P\uf044，然后逐级加载。测弹性模量时最高载荷nP为屈服载荷sP的70%~80%，若低碳钢的直径为10㎜，则nP不超过15KN。实验时，从0P到nP逐级加载，各级载荷增量为P\uf044。对应着每个载荷iP（i＝1，2，···，n），就有相应的伸长il\uf044，1il\uf02b\uf044与il\uf044的差值即为变形增量i)l(\uf044\uf064，l0P△l屈服阶段强化阶段局部变形阶段弹性阶段初始瞬时效应O它是P\uf044引起的伸长增量，\uf028\uf029KClllii1ii\uf044\uf03d\uf044\uf02d\uf044\uf03d\uf044\uf064\uf02b，iC\uf044为引伸仪中的千分表读数iC、1iC\uf02b···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\uf028\uf029il\uf044\uf064基本相等，就表明变形l\uf044与拉力P成线性关系，符合虎克定律。完成一次加载，将得到iP和il\uf044的一组数据，按弹性模量平均法，对应于每一个\uf028\uf029il\uf044\uf064可以求得相应的单项弹性模量iE，则\uf028\uf0290i\'0iAllPE\uf0d7\uf044\uf064\uf0d7\uf044\uf03d(i＝1，2，···，n)则n个iE的算术平均值\uf0e5\uf03d\uf03dn1iiEn1E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s\uf073，强度极限b\uf073的测定弹性阶段过后，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sP。根据定义，屈服极限可由下式求出：0ssAP\uf03d\uf073式中0A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bP时，在试件的某一局部的截面明显缩小，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bP，根据定义，强度极限可由下式求出：0bbAP\uf03d\uf073式中0A为试件的初始横载面面积。3．延伸率\uf064和截面收缩率\uf079的测定根据定义：%;100lll001\uf0b4\uf02d\uf03d\uf064%100AAA010\uf0b4\uf02d\uf03d\uf079其中1l为试件拉断后测试标距范围长度，称为断后标距；1A则为试件断口处的最小面积。为了方便测量断后标距1l，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10㎜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1l数值与断口部位有关。为了保证1l的准确性，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1l，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1l。图2－3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acl共有4格。还应再数6410\uf03d\uf02d格我们从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cdl。这样"l2l"cdac\uf0b4\uf02b所包含的格数即为10格，此时cdac1l2ll\uf0b4\uf02b\uf03d，显然，这样的测量方法可保证断口在测量段的中间，使1l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（1）沿试件标距0l的范围内，用划线机每隔10㎜刻划标记线。（2）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0d，再算出试件的初始横截面面积0A。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KN600\uf02d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。l0(a)(b)(c)l1abcdlaclcd5．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bP，停车，取下试件。6．测量（1）为了计算延伸率\uf064，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1l。（2）为了计算试件的截面收缩率\uf079，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1d。为保证精确度，需在两个互相垂直的两个方向各测量一次，并取平均值计算出试件断口处的截面最小面积1A。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1．测定铸铁的拉伸强度极限b\uf073。2．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1．液压式万能材料试验机2．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－l\uf044曲线如图2－4所示。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－强度极限b\uf073，根据定义，可由下式求出：0bbAP\uf03d\uf073P△lO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0d，再算出试件的初始横截面面积0A，无需在试件上刻线。2．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bP，停车，取下试件。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s\uf073；和铸铁的强度极限b\uf073。2．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。σεd0(a)(b)低碳钢铸铁O图2－5四、实验原理1．低碳钢压缩实验低碳钢在压缩时的\uf065\uf02d\uf073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\uf065\uf02d\uf073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s\uf073与拉伸时大致相同，但在超过屈服极限以后，因低碳钢试件的轴向长度0h不断缩短，受压面积越来越大，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s\uf073为低碳钢压缩时的强度特征值：0ssAP\uf03d\uf073式中0A为试件初始横载面面积，sP为低碳钢压缩时的屈服载荷。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sP时要特别小心地观察。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sP。2．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－l\uf044曲线如图2－6(b)所示，当对试件加至极限载荷bP时，试件在压缩变形很小时就突然发生剪断破坏，断面与试件轴线的夹角大约为40º～45º，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bP值，于是即可确定铸铁的强度极限：0bbAP\uf03d\uf073式中0A为试件初始横载面面积，bP为铸铁压缩时的极限载荷。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(a)(b)(c)P△lO径计算出试件的初始横截面面积0A，再测量试件高度。2．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。对于低碳钢和铸铁的压缩试验，通常选择0～300KN的量程。调整测力指针，对准零点。3．放置试件把压缩试件放置于试验机的两个承压垫板之间，并对准轴线。4．进行试验开动试验机，慢速加载。对于低碳钢，先记录试件的屈服载荷sP，然后加载至大约200KN时卸载；对于铸铁，则加载至试件断裂后卸载，记录极限载荷bP，停车，取下试件。5．清理仪器设备，结束实验。6．整理数据，完成实验报告。',)