低碳鋼、鑄鐵的拉伸試驗

1、工程力學實驗報告實驗名稱:試驗班級:實驗組號:試驗成員:實驗日期:一、試驗目的1、測定低碳鋼的屈服點as,強度極限ab,延伸率6,斷面收縮率中。2、測定鑄鐵的強度極限abo3、觀察低碳鋼拉伸過程中的各種現(xiàn)象（如屈服、強化、頸縮等），并繪制拉伸曲線。4、熟悉試驗機和其它有關儀器的使用。二、實驗設備1 .液壓式萬能實驗機；2 .游標卡尺三、設備簡介萬能試驗機簡介具有拉伸、壓縮、彎曲及其剪切等各種靜力實驗功能的試驗機稱為萬能材料試驗機，萬能材料試驗機一般都由兩個基本部分組成；1、加載部分：利用一定的動力和傳動裝置強迫試件發(fā)生變形，從而使試件受到力的作用，即對試件加載。2、測控部分：指示試件所受載荷大

2、小及變形情況。四、實驗原理低碳鋼和鑄鐵是工程上最廣泛使用的材料，同時，低碳鋼試樣在拉伸試驗中所表現(xiàn)出的變形與抗力間的關系也比較典型。低碳鋼的整個試驗過程中工作段的伸長量與荷載的關系由拉伸圖表示。做實驗時，可利用萬能材料試驗機的自動繪圖裝置繪出低碳鋼試樣的拉伸圖即下圖中拉力F與伸長量L的關系曲線。需要說明的是途中起始階段呈曲線是由于試樣頭部在試驗機夾具內有輕微滑動及試驗機各部分存在間隙造成的。大致可分為四個階段：（1）彈性階段（Ob段）在拉伸的初始階段，工-e曲線（oa段）為一直線，說明應力與應變成正比，即滿足胡克定理，此階段稱為線形階段。線性段的最高點則稱為材料的比例極限（工p）,線性段的直線

3、斜率即為材料的彈性摸量E線性階段后，工-e曲線不為直線（ab段），應力應變不再成正比，但若在整個彈性階段卸載，應力應變曲線會沿原曲線返回，載荷卸到零時，變形也完全消失。卸載后變形能完全消失的應力最大點稱為材料的彈性極限（工e）,一般對于鋼等許多材料，其彈性極限與比例極限非常接近。（2）屈服階段（bc段）超過彈性階段后，應力幾乎不變，只是在某一微小范圍內上下波動，而應變卻急劇增長，這種現(xiàn)象成為屈服。使材料發(fā)生屈服的應力稱為屈服應力或屈服極限（工S）0當材料屈服時，如果用砂紙將試件表面打磨，會發(fā)現(xiàn)試件表面呈現(xiàn)出與軸線成45。斜紋。這是由于試件的45。斜截面上作用有最大切應力，這些斜紋是由于材料沿最

4、大切應力作用面產(chǎn)生滑移所造成的，故稱為滑移線。（3）強化階段（ce段）經(jīng)過屈服階段后，應力應變曲線呈現(xiàn)曲線上升趨勢，這說明材料的抗變形能力又增強了，這種現(xiàn)象稱為應變硬化。若在此階段卸載，則卸載過程的應力應變曲線為一條斜線（如d-d,斜線），其斜率與比例階段的直線段斜率大致相等。當載荷卸載到零時，變形并未完全消失，應力減小至零時殘留的應變稱為塑性應變或殘余應變，相應地應力減小至零時消失的應變稱為彈性應變。卸載完之后，立即再加載，則加載時的應力應變關系基本上沿卸載時的直線變化。因此，如果將卸載后已有塑性變形的試樣重新進行拉伸實驗，其比例極限或彈性極限將得到提高，這一現(xiàn)象稱為冷作硬化。在硬化階段應力

5、應變曲線存在一個最高點，該最高點對應的應力稱為材料的強度極限（工b）,強度極限所對應的載荷為試件所能承受的最大載荷Fbo（4）局部變形階段（ef段）試樣拉伸達到強度極限"之前，在標距范圍內的變形是均勻的。當應力增大至強度極限5之后，試樣出現(xiàn)局部顯著收縮，這一現(xiàn)象稱為頸縮。頸縮出現(xiàn)后，使試件繼續(xù)變形所需載荷減小，故應力應變曲線呈現(xiàn)下降趨勢，直至最后在f點斷裂。試樣的斷裂位置處于頸縮處，斷口形狀呈杯狀，這說明引起試樣破壞的原因不僅有拉應力還有切應力。(5)伸長率和斷面收縮率試樣拉斷后，由于保留了塑性變形，標距由原來的Lo變?yōu)長。用百分比表示的比值A=(Li-Lo)/L0*100%稱為伸長

6、率。試樣的塑性變形越大，6也越大。因此，伸長率是衡量材料塑性的指標。原始橫截面面積為A的試樣，拉斷后縮頸處的最小橫截面面積變?yōu)锳1,用百分比表示的比值Z=(Ao-Ai)/Ao*1OO%稱為斷面收縮率。Z也是衡量材料塑性的指標。所以，低碳鋼拉伸破壞變形很大，斷口縮頸后，端口有45度荏口，由于該方向上存在最大剪應力”造成的，屬于剪切破壞力。五、實驗內容及數(shù)據(jù)處理1、實驗前測低碳鋼和鑄鐵的直徑和分三段測低碳鋼和鑄鐵的直徑do、標距Lo以及截面積A材料直徑do/mm標距Lo/mm截面積A/mn2IIIIII平均值/mm121212低碳鋼1o.oo9.9o1o.oo1o.1o9.7o9.9o9.8o98

7、.oo75.39鑄鐵1o.1o9.7o1o.3o1o.oo9.9o1o.oo9.9o99.oo76.942、進行低碳鋼拉伸試驗(1)將低碳鋼按要求放于萬能試驗機上，并一步一步按照實驗要求進行試斷面形狀如下圖:(2)記錄試驗后低碳鋼式樣的斷口直徑di、斷裂后的標距長度Li、斷口處橫截面積Ai以及斷面形狀斷口直徑di/mm斷裂后的標距長度Li/mm斷口處橫截面積Ai/mm2i2平均值5.005.005.00i25i9.63圖3(3)計算應力值(強度)、伸長率A及收縮率Z并填寫下表。最大力R/KN抗拉強度6/MP上屈服應力Fsi/KN上屈服強度6si/MP下屈服應力Fs2/KN下屈服強度6sJMP斷

8、后伸長率A/%斷面收縮率Z/%36.75487.4725.754i.5623.00305.0827.55%73.96%抗拉強度66=FMAo=36.75*103/75.39=487.47MP上屈服強度6si6si=Fsi/Ao=25.75*103/75.39=341.56MP下屈服強度6s26si=FS2/A0=23.00*i03/75.39=305.08MP斷后伸長率AA=(Li-L0)/L0*i00%=(i25-98)/98*i00%=27.55%斷面收縮率ZZ=(A0-Ai)/A*i00%=(75.39-i9.63)/75.39*i00%=73.96%3、進行鑄鐵拉伸試驗(i)將低碳鋼按要求放于萬能試驗機上，并一步一步按照實驗要求進行試驗。(2)鑄鐵斷后觀察斷面形狀。(3)計算應力值(強度)并填寫下表。最fFm/KN抗拉強度6/MP17.96233.43抗拉強度66=6=FMA0=17.96*103/76.94=233.43MP六、思考題1 .根據(jù)實驗時發(fā)生的現(xiàn)象和實驗結果比較低碳鋼和鑄鐵的機械性能有什么不同？答：低碳鋼是典型的塑性材料，拉伸時會發(fā)生屈服，會產(chǎn)生很大的塑性變形，斷裂前有明顯的頸縮現(xiàn)象，拉斷后斷口呈凸凹狀，而鑄鐵拉伸