碳素鋼的力學(xué)特性

1、試驗(yàn)一 拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是測定材料在靜載荷作用下力學(xué)性能的一個最基本最重要的試驗(yàn)。通過拉伸試驗(yàn)所得的力學(xué)性能指標(biāo)，在整個材料力學(xué)的強(qiáng)度計(jì)算中幾乎都要用到。更重要的是，工程設(shè)計(jì)中所選用的材料力學(xué)性能指標(biāo)大都是以拉伸試驗(yàn)為主要依據(jù)的。本次試驗(yàn)將選用低碳鋼作為塑性材料的代表，做拉伸試驗(yàn)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）測定低碳鋼的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度。斷后伸長率和斷面收縮率 2）觀察低碳鋼在拉伸過程中所出現(xiàn)的各種變形現(xiàn)象（包括屈服、強(qiáng)化和縮頸等），分析力與變形之間的關(guān)系，并繪制拉伸圖。3）分析低碳鋼力學(xué)性能的特點(diǎn)和試件斷口情況，分析其破壞原因。 4）學(xué)習(xí)、掌握萬能試驗(yàn)機(jī)的使用方法及其工作原理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）試件：

2、材料的力學(xué)性能是通過拉伸試驗(yàn)來確定的，因此，必須把所測試的材料加工成能被拉伸的試件。試驗(yàn)表明，試件的尺寸和形狀對試驗(yàn)結(jié)果有影響。為了避免這種影響和便于使各種材料力學(xué)性能的測試結(jié)果進(jìn)行比較，國家標(biāo)準(zhǔn)對試件的尺寸和形狀作了統(tǒng)一的規(guī)定，拉力試件分為比例的和非比例的兩種。比例試件應(yīng)符合如下的關(guān)系：L0K·A0 （1-1）式中 L0標(biāo)距，用于測量拉伸變形，單位為；A0標(biāo)距部分試件的斷面積；K系數(shù)，K 5.56或K 11.3，前者稱為短試件，后者稱為長試件。據(jù)此，直徑為d0的短、長圓形試件的標(biāo)距長度L0分別為5d0和10d0；非比例試件的標(biāo)距與其橫截面間則無上述關(guān)系，而是根據(jù)制品（薄板、薄帶、細(xì)

3、管、細(xì)絲、型材等）的尺寸和材料的性質(zhì)規(guī)定出平行長度L和標(biāo)距長度L0。長試件見圖1-1。試件兩端較粗的部分為裝入試驗(yàn)機(jī)夾頭中的夾持部分，起傳遞拉力之用。它的形狀及尺寸可根據(jù)試驗(yàn)的夾頭形式而定。本實(shí)驗(yàn)采用非比例試件。圖1-1 圓形拉伸試件（2）實(shí)驗(yàn)裝置：萬能試驗(yàn)機(jī)或拉力試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)機(jī)的夾頭有各種形式，一般采用夾板式，如圖1-2。圖形截面試件所用的夾板如圖1-3所示。楔形夾板表面制成凸紋，因而承受拉力作用后的試件會越來越緊。有的試驗(yàn)機(jī)采用螺紋夾頭，則試件夾持部分相應(yīng)也為螺紋。試驗(yàn)時，利用試驗(yàn)機(jī)的自動繪圖器可繪出低碳鋼的拉伸圖。圖1-2 夾板式夾頭 圖 1-3用于圓形截面試件的夾板（3）游標(biāo)卡尺。三、

4、實(shí)驗(yàn)原理（1）低碳鋼拉伸的實(shí)驗(yàn)原理：低碳鋼的拉伸圖全面而具體的反映了整個變形過程。觀察自動繪圖機(jī)繪出的拉伸圖，如圖1-4。在試驗(yàn)之初，繪出的拉伸圖是一段曲線，如圖中圖1-4 低碳鋼拉伸圖虛線所示，這是因?yàn)樵嚰_始變形之前機(jī)器的機(jī)件之間和試件與夾具之間留有空隙，所以當(dāng)試驗(yàn)剛剛開始時，在拉伸圖上首先產(chǎn)生虛線所示的線段，繼而逐步夾緊，最后只留下試件的變形。為了消除在拉伸圖起點(diǎn)處發(fā)生的曲線段。須將圖形的直線段延長至橫坐標(biāo)所得相交點(diǎn)O，即為拉伸圖之原點(diǎn)。隨著載荷的增加，圖形沿傾斜的直線上升，到達(dá)A點(diǎn)及B點(diǎn)。過B點(diǎn)后，低碳鋼進(jìn)入屈服階段（鋸齒形的BC段），B點(diǎn)為上屈服點(diǎn)，即屈服階段中力首次下降前的最大載荷

5、，用Psu來表示。對有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，一般只需測試下屈服點(diǎn)，即應(yīng)測定屈服階段中不計(jì)初始瞬時效應(yīng)時的最小載荷，用Psl來表示。下屈服點(diǎn)的測定，并不是一件容易的事。因?yàn)樵谇A段中，當(dāng)指針無規(guī)則上、下波動時，要準(zhǔn)確捕捉屈服載荷的讀數(shù)確實(shí)有一定的難度。對試件連續(xù)加載直至拉斷，由測力度盤或拉伸圖上讀出最大載荷Pb。將試件拉斷后的兩段在拉斷處緊密對接起來，盡量使其軸線位于一條直線上。如拉斷處形成縫隙，則此縫隙應(yīng)計(jì)入該試件拉斷后的標(biāo)距內(nèi)。由此可量得試件標(biāo)距部分拉斷后的長度L1。四、實(shí)驗(yàn)步驟1）試件準(zhǔn)備與尺寸測量，用劃線機(jī)劃上試件的標(biāo)距，并將其分成10格，以便觀察標(biāo)距范圍內(nèi)沿軸向的變形情況。用游標(biāo)卡

6、尺測量試件標(biāo)距部分的直徑。在標(biāo)距范圍的中間及兩端處，每處兩個互相垂直的方向上各測量一次，取其平均值為該處直徑。用所測得的三個平均值中的最小的值計(jì)算試件的橫截面面積A0。計(jì)算A0時取三位有效數(shù)字。2）調(diào)整測力指針指零。選擇測力度盤。根據(jù)低碳鋼的強(qiáng)度極限b和橫截面面積A0估算試件最大載荷。根據(jù)最大載荷，選擇合適的測力度盤，配置好擺桿重錘，將緩沖器放在合適的位置。開機(jī)進(jìn)油，使活動平臺上升10mm左右。擺錘對中，使重?cái)[垂直。調(diào)整測力指針對準(zhǔn)零點(diǎn)，使測力指針與隨動指針重合。3）裝夾試件，先把試件夾持在試驗(yàn)機(jī)上夾頭內(nèi)，再將下夾頭移動到試件所需的夾持位置，并把試件下端夾緊。4）準(zhǔn)備好自動繪圖器，使筆與記錄紙

7、剛好接觸。5）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開始試驗(yàn)機(jī)，緩慢勻速加載。根據(jù)所提供的屈服類型確定Psu、Psl或Ps。冷拉試驗(yàn)。在強(qiáng)化階段任一處（例如圖1-6中的a點(diǎn)）將載荷卸至初載，再重新加載，從自動繪圖器上曲線的變化規(guī)律（圖1-6）可以看到，冷拉過的材料曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)a高于未冷拉過的材料曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)B，說明材料經(jīng)過冷拉以后彈性極限提高了。圖1-6 冷作硬化現(xiàn)象觀察頸縮現(xiàn)象。當(dāng)測力指針再次出現(xiàn)停滯不前、倒退現(xiàn)象時，可以觀察到試件產(chǎn)生局部變形的頸縮現(xiàn)象。隨之，測力指針迅速倒退，試件很快斷裂。確定Pb。試件斷裂后，關(guān)閉機(jī)器電門；記錄隨動指針?biāo)傅目潭戎担思礊閺?qiáng)度極限載荷Pb。取下試件，將拉斷的試件在斷口處盡量對攏，量測拉斷后的標(biāo)距長度L1和斷口直徑d1。5.注意事項(xiàng)1）開機(jī)前和停機(jī)后，送油閥一定要置于關(guān)閉位置。加載、卸載和回油均須緩慢進(jìn)行。2）拉伸試件夾住后，不得再調(diào)整下夾頭的位置。3）機(jī)器開動時，操縱者不得擅自離開。實(shí)驗(yàn)過程中不得觸動擺錘。4）使用時，聽見異聲或發(fā)生任何故障應(yīng)立即停止。5）調(diào)整測力指針指零時，一定要開機(jī)進(jìn)油，使活動平臺上升少許。6）試件裝夾必須正確，