2022年低碳钢拉伸实验 .pdf

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1、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；强度极限b；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，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21 所示。图 21 四、实验原理低碳钢属塑性材料，在做拉伸实验过程中，其Pl曲线如图 22 所示，大致可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、

2、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：00AlPlE图 22 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，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，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。对应着每个载荷iP（il0P

3、 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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 1，2， ，n） ，就有相应的伸长il，1il与il的差值即为变形增量i) l(，它是P引起的伸长增量，KClllii1ii，iC为引伸仪中的千分表读数iC、1iC 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il基本相等，就表明变形l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的一

4、组数据，按弹性模量平均法，对应于每一个il可以求得相应的单项弹性模量iE，则0i0iAllPE( i1，2， ，n) 则 n个iE的算术平均值n1iiEn1E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，强度极限b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

5、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式中0A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：%;100lll001%1 0 0AAA010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

6、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 23(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的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 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 23(b)所示。如果无法使断口位于测量范围的中部，就

7、要采用断口移中的办法来决定1l。图 23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 23(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l2lcdac所包含的格数即为10 格，此时cdac1l2ll，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

8、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的量程。l0(a) (b) (c) l1a b c d laclcd名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

9、 - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - （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

10、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，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，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

11、，结束实验。8整理数据，完成实验报告。22 铸铁拉伸实验一、实验目的1测定铸铁的拉伸强度极限b。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 21 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 Pl曲线如图 24 所示。P 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页

12、- - - - - - - - - 图 24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，根据定义，可由下式求出：0bbAP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060KN 的量程。调整测力指针，对准零点。3安装试件4进行试验

13、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。23 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；和铸铁的强度极限b。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1.52 倍，如图 25(a)所示。铸铁名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - -

14、 - - 图 25四、实验原理1低碳钢压缩实验低碳钢在压缩时的曲线如图 25(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s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26(a)所示。如果载荷图 26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为低碳钢压缩时的强度特征值：d0(a) (b) 低碳钢(a

15、) (b)(c) P l O O 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 0ssAP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

16、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 Pl曲线如图 26(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40o45o，如图 26(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 34 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

17、各测量一次，以其平均直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 0300KN 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -