低碳钢拉伸实验.doc

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；强度极限；延伸率；截面收缩率 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，直径为10㎜试件等截面的中段用于测量拉伸变形，其长度称为“原始标距” ，根据国标规定，取，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l0      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－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 ： P△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        图2－2 可见，在比例极限内，对横截面面积为的试样施加拉伸载荷P，并测出标距的相应伸长，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，然后逐级加载测弹性模量时最高载荷为屈服载荷的70%~80%，若低碳钢的直径为10㎜，则不超过15KN实验时，从到逐级加载，各级载荷增量为对应着每个载荷（i＝1，2，··· ，n），就有相应的伸长，与的差值即为变形增量，它是引起的伸长增量，，为引伸仪中的千分表读数、···算得的增量， K为引伸仪的放大倍数在逐级加载中，若等到的各级基本相等，就表明变形与拉力P成线性关系，符合虎克定律 完成一次加载，将得到和的一组数据，按弹性模量平均法，对应于每一个可以求得相应的单项弹性模量，则　　 ( i＝1，2，··· ，n)　　则n个的算术平均值 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，强度极限的测定　　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。

根据定义，屈服极限可由下式求出：式中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，根据定义，强度极限可由下式求出：式中为试件的初始横载面面积　　3．延伸率和截面收缩率的测定　　根据定义：　　　其中为试件拉断后测试标距范围长度，称为断后标距；则为试件断口处的最小面积　　为了方便测量断后标距，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，测得的数值与断口部位有关为了保证的准确性，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，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 (a)(c)l0abcdlaclcdl1(b)                   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段的长度为共有4格还应再数格我们从c向试件较长的一段再数6格的一半即3格，记为d，则cd长度为这样所包含的格数即为10格，此时，显然，这样的测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　　（1）沿试件标距的范围内，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，再算出试件的初始横截面面积　　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Ps5）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，停车，取下试件　　6．测量　　（1）为了计算延伸率，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2）为了计算试件的截面收缩率，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－曲线如图2－4所示P△l　O         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，根据定义，可由下式求出：　　　　　　　　　　　　　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，再算出试件的初始横截面面积，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，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；和铸铁的强度极限 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)所示铸铁σOε(a)(b)　　d0 低碳钢         图2－5四、实验原理　　1．低碳钢压缩实验 低碳钢在压缩时的曲线如图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(a)(b)P△lO(c)     　　 　　    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，并认为屈服极限为低碳钢压缩时的强度特征值：　　　　　　　　　　　　式中为试件初始横载面面积，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　　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－曲线如图2－6(b)所示，当对试件加至极限载荷时，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，由从动针可读出值，于是即可确定铸铁的强度极限： 式中为试件初始横载面面积，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，以其平均直径计算出试件的初始横截面面积，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。