金屬拉伸實驗報告

金屬拉伸實驗報告【實驗目的】1、 測定低碳鋼的屈服強度R、R及R、抗拉強度R、斷后伸長率A和斷EheLem面收縮率Z。2、 測定鑄鐵的抗拉強度R和斷后伸長率A。m3、 觀察并分析兩種材料在拉伸過程中的各種現(xiàn)象（包括屈服、強化、冷作硬化和頸縮等現(xiàn)象），并繪制拉伸圖。4、 比較低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵（脆性材料）拉伸機械性能的特點?！緦嶒炘O備和器材】1、電子萬能試驗機WD-200B型2、游標卡尺3、電子引伸計【實驗原理概述】為了便于比較實驗結(jié)果，按國家標準GB228—76中的有關(guān)規(guī)定，實驗材料要按上述標準做成比例試件,即：圓形截面試件：L=10d（長試件）00式中：L--試件的初始計算長度（即試件的標距）;0血一試件的初始截面面積；d—試件在標距內(nèi)的初始直徑0實驗室里使用的金屬拉伸試件通常制成標準圓形截面試件，如圖1所示圖1拉伸試件將試樣安裝在試驗機的夾頭中，然后開動試驗機，使試樣受到緩慢增加的拉力（應根據(jù)材料性能和試驗目的確定拉伸速度），直到拉斷為止，并利用試驗機的自動繪圖裝置繪出材料的拉伸圖（圖2—2所示）。應當指出，試驗機自動繪圖裝置繪出的拉伸變形主要是整個試樣（不只是標距部分）的伸長，還包括機器的彈性變形和試樣在夾頭中的滑動等因素。由于試樣開始受力時，頭部在夾頭內(nèi)的滑動較大，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線。1、低碳鋼（典型的塑性材料）

當拉力較小時，試樣伸長量與力成正比增加，保持直線關(guān)系，拉力超過FP后拉伸曲線將由直變曲。保持直線關(guān)系的最大拉力就是材料比例極限的力值F。P在F的上方附近有一點是F，若拉力小于F而卸載時，卸載后試樣立刻恢P c c復原狀，若拉力大于F后再卸載，則試件只能部分恢復，保留的殘余變形即為c塑性變形，因而F是代表材料彈性極限的力值。c當拉力增加到一定程度時，試驗機的示力指針（主動針）開始擺動或停止不動，拉伸圖上出現(xiàn)鋸齒狀或平臺，這說明此時試樣所受的拉力幾乎不變但變形卻在繼續(xù)，這種現(xiàn)象稱為材料的屈服。低碳鋼的屈服階段常呈鋸齒狀，其上屈服點B'受變形速度及試樣形式等因素的影響較大，而B'受變形速度及試樣形式等因素的影響較大，而F屈服點B則比較穩(wěn)定（因此工程上常以其下屈服點B所對應的力值F作為eL材料屈服時的力值）。確定屈服力值時，必須注工程上常以其下屈服點B所對應的力值F作為eL材料屈服時的力值）。確定屈服力值時，必須注意觀察讀數(shù)表盤上測力指針的轉(zhuǎn)動情況，讀取測力度盤指針首次回轉(zhuǎn)前指示的最大力F（上屈eH服荷載）和不計初瞬時效應時屈服階段中的最小力F（下屈服荷載）或首次停止轉(zhuǎn)動指示的恒eL定力F（下屈服荷載），將其分別除以試樣的原eL始橫截面積（S）便可得到上屈服強度R和下屈服強度R。即0 eH eLR=R=F/SeH eH0R=F/SeL eL0屈服階段過后，雖然變形仍繼續(xù)增大，但力值也隨之增加，拉伸曲線又繼續(xù)上升，這說明材料又恢復了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱為材料的強化。在強化階段內(nèi)，試樣的變形主要是塑性變形，比彈性階段內(nèi)試樣的變形大得多，在達到最大力F之前，試樣標距范圍內(nèi)的變形是均勻的，拉伸曲線是一段平緩上升的m曲線，這時可明顯地看到整個試樣的橫向尺寸在縮小。此最大力F為材料的抗m拉強度力值，由公式R=F/S即可得到材料的抗拉強度R。mm0 m如果在材料的強化階段內(nèi)卸載后再加載，直到試樣拉斷，則所得到的曲線如圖2—3所示。卸載時曲線并不沿原拉伸曲線卸回，而是沿近乎平行于彈性階段的直線卸回，這說明卸載前試樣中除了有塑性變形外，還有一部分彈性變形；卸載后再繼續(xù)加載，曲線幾乎沿卸載路徑變化，然后繼續(xù)強化變形，就像沒有卸載一樣，這種現(xiàn)象稱為材料的冷作硬化。顯然，冷作硬化提高了材料的比例極限和屈服極限，但材料的塑性卻相應降低。當荷載達到最大力Fm后，示力指針由最大力F緩慢回轉(zhuǎn)時，試樣上某一部mm位開始產(chǎn)生局部伸長和頸縮，在頸縮發(fā)生部位，橫截面面積急劇縮小，繼續(xù)拉伸所需的力也迅速減小，拉伸曲線開始下降，直至試樣斷裂。此時通過測量試樣斷裂后的標距長度L和斷口處最小直徑d,計算斷后最小截面積（S）,由計算公uuu式A=Lu—L0x100%、 Z=S0—Sux100%LS00即可得到試樣的斷后伸長率A和斷面收縮率Z。2、鑄鐵（典型的脆性材料）脆性材料是指斷后伸長率AV5%的材料，其從開始承受拉力直至試樣被拉斷,變形都很小。而且,大多數(shù)脆性材料在拉伸時的應力－應變曲線上都沒有明顯的直線段，幾乎沒有塑性變形，也不會出現(xiàn)屈服和頸縮等現(xiàn)象（如圖2－2b所示），只有斷裂時的應力值——強度極限。鑄鐵試樣在承受拉力、變形極小時，就達到最大力Fm而突然發(fā)生斷裂，其m抗拉強度也遠小于低碳鋼的抗拉強度。同樣，由公式R=F/S即可得到其抗拉mm0強度R,而由公式A=Hx100%則可求得其斷后伸長率A。m L0實驗步驟】一、低碳鋼拉伸試驗1、試樣準備：為了便于觀察標距范圍內(nèi)沿軸向的變形情況，用試樣分劃器或標距儀在試樣標距L范圍內(nèi)每隔5mm刻劃一標記點（注意標記刻劃不應影響試樣斷裂），將0試樣的標距段分成十等份。用游標卡尺測量標距兩端和中間三個橫截面處的直徑，在每一橫截面處沿相互垂直的兩個方向各測一次取其平均值，用三個平均值中最小者計算試樣的原始橫截面積S（計算時S應至少保留四位有效數(shù)字）。002、 試驗機準備：根據(jù)低碳鋼的抗拉強度R和試樣的原始橫截面積S估計試驗所需的最大荷m0載，并據(jù)此選擇合適的量程，配上相應的砝碼砣，做好試驗機的調(diào)零（注意：應消除試驗機工作平臺的自重）、安裝繪圖紙筆等準備工作。3、 裝夾試樣：先將試樣安裝在試驗機的上夾頭內(nèi)，再移動試驗機的下夾頭（或工作平臺、或試驗機橫梁）使其達到適當位置，并把試樣下端夾緊（注意：應盡量將試樣的夾持段全部夾在夾頭內(nèi)，并且上下要對稱。完成此步操作時切忌在裝夾試樣時對試樣加上了荷載）。4、 裝載電子引伸計：將電子引伸計裝載在低碳鋼試樣上，注意電子引伸計要在比例極限處卸載。5、 進行試驗：開動試驗機使之緩慢勻速加載（依據(jù)規(guī)范要求，在屈服前以6?60MPa/s的速率加載），并注意觀察示力指針的轉(zhuǎn)動、自動繪圖的情況和相應的試驗現(xiàn)象。

當主動針不動或倒退時說明材料開始屈服，記錄上屈服點F（主動針首次回轉(zhuǎn)eH前的最大力）和下屈服點F（屈服過程中不計初始瞬時效應時的最小力或主動eL針首次停止轉(zhuǎn)動的恒定力），具體情況如圖2—4所示（說明：前所給出的加載速率是國標中規(guī)定的測定上屈服點時應采用的速率，在測定下屈服點時，平行長度內(nèi)的應變速率應在?/s之間，并應盡可能保持恒定。如果不能直接控制這一速率，則應固定屈服開始前的應力速率直至屈服階段完成）。根據(jù)國標規(guī)定，材料屈服過后，試驗機的速率應使試樣平行長度內(nèi)的應變速率不超過s。在此條件下繼續(xù)加載，并注意觀察主動針的轉(zhuǎn)動、自動繪圖的情況和相應的試驗現(xiàn)象（強化、冷作硬化和頸縮等現(xiàn)象一一在強化階段的任一位置卸載后再加載進行冷作硬化現(xiàn)象的觀察；此后，待主動針再次停止轉(zhuǎn)動而緩慢回轉(zhuǎn)時，材料進入頸縮階段，注意觀察試樣的頸縮現(xiàn)象），直至試樣斷裂停車。記錄所加的最大荷載F（從動針最后停留的位置）。m

6、試樣斷后尺寸測定：取出試樣斷體，觀察斷口情況和位置。將試樣在斷裂處緊密對接在一起，并盡量使其軸線處于同一直線上，測量斷后標距L和頸處的最小直徑du uI-—”（實際的）-'11（移便底的1——IhfI-—”（實際的）-'11（移便底的1——Ihf移位話的卜圖2—5移位法測量Luu注意：在測定L時，若斷口到最臨近標距端點的距離不小于1/3L，則直接u 0測量標距兩端點的距離；若斷口到最臨近標距端點的距離小于1/3L，則按圖20—5所示的移位法測定：符合圖（a）情況的，L=AC+BC,符合圖（b）情況的，uL=AC+BC；若斷口非?？拷嚇觾啥?，而其到最臨近標距端點的距離還不足兩u 1等份，且測得的斷后伸長率小于規(guī)定值，則試驗結(jié)果無效，必須重做。此時應檢查試樣的質(zhì)量和夾具的工作狀況，以判斷是否屬于偶然情況。7、歸整實驗設備:取下繪記錄圖紙，請教師檢查試驗記錄，經(jīng)認可后清理試驗現(xiàn)場和所用儀器設備，并將所用的儀器設備全部恢復原狀。二、鑄鐵拉伸試驗1、測量試樣原始尺寸：測量方法要求同前，但只用快干墨水或帶色涂料標出兩標距端點，不用等分標距段。2、試驗機準備：（要求同前）。3、安裝試樣：（方法同前）。4、檢查試驗機工作是否正常：（檢查同前，但勿需試車）。5、進行試驗：開動試驗機，保持試驗機兩夾頭在力作用下的分離速率使試樣平行長度內(nèi)的應變速率不超過S的條件下對試樣進行緩慢加載，直至試樣斷裂為止。停機并記錄最大力Fm。6、 試樣斷后尺寸測定：取出試樣斷體，觀察斷口情況。然后將試樣在斷裂處緊密對接在一起，并盡量使其軸線處于同一直線上，測量試樣斷后標距L（直接用游標卡尺測量標距兩U端點的距離）。7、 歸整實驗設備：取下繪記錄圖紙，請教師檢查試驗記錄，經(jīng)認可后清理試驗現(xiàn)場和所用儀器設備，并將所使用的儀器設備全部復原。8、結(jié)束試驗實驗記錄】表2－1、試樣原始尺寸材料標距L/mm0直徑d/mm0原始橫截面面積S/mm20截面I截面II截面III12平均12平均12平均低碳鋼鑄鐵表2—2、試驗數(shù)據(jù)記錄 單位：KN材料上屈服荷載FeH下屈服荷載FeL屈服荷載Fe取大何載Fm低碳鋼鑄 鐵///表2－3、試樣斷后尺寸材料標距L/mmu斷后伸長L—L/mmu 0斷后縮頸處最小直徑d/mmu斷后最小橫截面積S/mm2u12平均低碳鋼鑄鐵////【數(shù)據(jù)處理】由實驗報告機提供的實驗數(shù)據(jù)，有低碳鋼和鑄鐵上屈服強度，下屈服強度,抗拉強度，計算公式如下：低碳鋼的上屈服強度：ReH=!■?■28.&&XIC.=0.3636GPa'■ -jH..：4〕、弋」低碳鋼的下屈服強度：ReL二l'-: ?、\c:；=0.3309GPa~7fl.?：-'、（j■:低碳鋼的抗拉強度：I?=■,i. □.玄、、1丁=0.4567GPaif；.::-\KJ''低碳鋼的斷后伸長率：:: 二丄以低碳鋼的斷面收縮率：‘屮-I—O- 「打5J■:.鑄鐵的抗拉強度： 心"「Zi；‘鑄鐵的斷后伸長率：；io.!. I；；：1.,j：?\低碳鋼的端口發(fā)生在第五格和第六格之間，符合實驗要求

故實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果如下表:材料上屈服強度R/GPaeH下屈服強度R/GPaeL抗拉強度R/GPam斷后伸長率匕/%斷面收縮率屮/%低碳鋼鑄鐵///繪制￡簡圖以及端口形狀低碳鋼的（7—E曲線Cf 鑄鐵的b—￡曲線斷□形狀:【實驗討論】1、 什么叫比例試樣它應滿足什么條件國家為什么要對試樣的形狀、尺寸、公差和表面粗糙度等做出相應的規(guī)定答：拉力試件分為比例試件和非比例試件。比例試件的標距長度與橫截面積之間具有如下關(guān)系：IL「:，常數(shù)k通常為和，前者稱為短試件，后者稱為長試件。所以，長試件滿足1- "'■|，短試件滿足I 知。因為，試件的形狀、尺寸、公差和表面粗糙度（不同），會對試驗數(shù)據(jù)（結(jié)果）產(chǎn)生影響的，因此要做出規(guī)定的，使得檢測結(jié)果標準化。2、 參考試驗機自動繪圖儀繪出的拉伸圖，分析低碳鋼試樣從加力至斷裂的過程可分為哪幾個階段相應于每一階段的拉伸曲線各有什么特點答：主要分四個階段。第一個階段為彈性階段，即，在拉伸的初始階段，拉伸與壓縮滿足正比例關(guān)系，這一段的拉伸曲線為直線。在這個階段卸除載荷，材料可以恢復變形。第二階段為屈服階段，在應力增加到某一個值的時候，應變有非常明顯的增大，在曲線上表示為接近水平線的小鋸齒狀折線。第三階段為強化階段，即，過屈服階段后，材料又恢復了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形必須增大拉力，在曲線上表示為緩慢上漲的弧線。第四階段為局部變形階段，此時在試樣的某一局部范圍發(fā)生橫截面積迅速減小的現(xiàn)象，此時拉力減小，曲線表示為迅速下降，直至試樣被拉斷，無拉力作用。3、 為什么不顧試樣斷口的明顯縮小，仍以原始截面積S。計算低碳鋼的抗拉強度只尬呢m答:因為要算的是抗拉強度。縮小的斷口處，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與初始的材料已經(jīng)完全不同了，是不能用以表證原材質(zhì)的。樣品的斷口要縮小，同樣的材料在相同的情況下也應該縮小。這個抗拉強度是用來給實際使用提供依據(jù)的，所以應該按照原尺寸進行計算。4、有材料和直徑均相同的長試樣和短試樣各一個，用它們測得的斷后伸長率、斷面收縮率、下屈服強度和抗拉強度是否基本相同為什么答：材料成分相同，內(nèi)部組織相同，只有長短不同的話，得出來的數(shù)據(jù)應該基本相同，因為伸長率和斷面收縮率這兩個量是表征材料的本質(zhì)屬性，前面的成分組織一樣，后面的數(shù)據(jù)也應該是一樣的。只不過，在實際試驗的過程中，由于材料均質(zhì)以及夾持位置對試驗結(jié)果的影響，其實驗結(jié)果會略有不同，只是無實質(zhì)