一低碳钢铸铁的拉伸Word文件下载.docx

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比例试样的标距L0与原始横截面A0的关系规定为

（2.2）

式中系数k的值取为5.65时称为短试样，取为11.3时称为长试样。

对直径d0的圆截面短试样，=5d；

对长试样，。

本实验室采用的是长试样。

非比例试样的L0和A0不受上列关系的限制。

试样的表面粗糙度应符合国标规定。

在图2.7中，尺寸Ｌ称为试样的平行长度，圆截面试样Ｌ不小于Ｌ0＋d0；

矩形截面试样Ｌ不小于Ｌ0＋b0/2。

为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡，要有足够大的过渡圆弧半径Ｒ。

试样头部的形状和尺寸，与试验机的夹具结构有关，图2.7所示适用于楔形夹具。

这时，试样头部长度不小于楔形夹具长度的三分之二。

三、实验原理及方法

图2.9低碳钢拉伸时的P-△L曲线

常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验。

可用以测定弹性Ｅ和μ，比例极限σp，屈服极限σs（或规定非比例伸长应力），抗拉强度σb，断后伸长率δ和截面收缩率ψ等。

这些力学性能指标都是工程设计的重要依据。

1、低碳钢拉伸实验

图2.9

1）、屈服极限σs及抗拉强度σb的测定　

对低碳钢拉伸试样加载，当到达屈服阶段时，低碳钢的Ｐ－△Ｌ曲线呈锯齿形（图2.8）。

与最高载荷Ｐsu对应的应力称为上屈服点，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。

同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。

一般将初始瞬时效应以后的最低载荷Ｐsl，除以试样的初始横截面面积Ａ0，作为屈服极限σs，即

σs＝（2.3）

若试验机由示力度盘和指针指示载荷，则在进入屈服阶段后，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，捕捉指针所指的最低载荷Psl。

图2.8低碳钢拉伸时的P-△L曲线

屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了抵抗继续变形的能力（图2.8）。

载荷到达最大值Pb时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“缩颈”现象。

这时示力度盘的从动针停

图2.9

留在Pb不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。

以试样的初始横截面面积Ao除Pb得抗拉强度σb，即

（2.4）

2）伸长率δ及截面收缩率ψ的测定　　试样的标距原长为Ｌ0，拉断后将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为Ｌ1，断后伸长率应为

δ＝×

１００％（2.5）

图2.9断口移中法测L1

断口附近塑性变形最大，所以Ｌ1的量取与断口的部位有关。

如断口发生于Ｌ0的两端或在Ｌ0之外，则实验无效，应重做。

若断口距Ｌ0的一端的距离小于或等于（图2.9），则按下述断移中法测定Ｌ0。

在拉断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得Ｂ点，若剩余格数为偶数（图2.9b），取其中一半得Ｃ点，设ＡＢ长为a，ＢＣ长为b，则Ｌ1＝a＋2b。

当长段剩余格数为奇数时（图2.9c），取剩余格数减１后的一半得Ｃ点，加１后的一半得Ｃ1点，设ＡＢ、ＢＣ和ＢＣ1的长度分别为a、b1和b2，则Ｌ1＝a＋b1＋b2。

试样拉断后，设缩颈处的最小横截面面积为Ａ1，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算Ａ1，然后按下式计算断面收缩率：

ψ＝×

１００％（2.6）

2、铸铁拉伸实验

　铸铁属于脆性材料，拉伸过程中，没有屈服和“颈缩”现象，它的Ｐ－△Ｌ曲线近似一条斜直线（如图2.10），本实验我们只测铸铁的抗拉强度极限，所以实验结束后，主动针退回零位，从动针所指示的载荷即是Ｐb，代入式（2.4）计算得出σb。

四、实验步骤

1、测量试样直径　在标距Ｌ0的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，再以三个横截面面积中的最小值为Ａ0。

2、试验机准备　根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和笔装妥。

先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台上升约１cm，以消除其自重。

然后关闭送油阀，调零。

3、安装试样　安装拉伸试样时，对Ａ型试验机，可开动下夹头升降电机以调整下夹头的位置，但不能用下夹头升降电机给试样加载；

对Ｂ型试验机，用横梁升降按钮调整拉压空间。

4、加载　缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。

应避免油阀开启过大，进油太快。

试验进行中，注意不要触动摆杆和摆锤。

5、试验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。

破坏性试验先取下试样，再缓慢打开回油阀将油液放回油箱。

非破坏性试验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。

五、实验数据处理

按有关公式，将实验数据计算出来，其数值遵守表2.1的修约规定。

有效数以后的数字进位规则见附录Ⅱ⑼。

六、数据分析

对你所得出的数据，作出合理的分析。

表2.1　　性能指标数值的修约规定

性能

范围

修约到

σp

σs、σp0.2

σb

≤200Mpa以下

1MPa

＞200Mpa~1000MPa

5MPa

＞1000MPa

10MPa

δ

0.5%

ψ

六、问题讨论

试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能有什么不同。

实验二低碳钢、铸铁压缩演示实验

1、进一步了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。

2、通过演示，观察低碳钢和铸铁在压缩时的变形规律和破坏现象，并进行比较。

3、测定低碳钢压缩时的屈服极限σs；

铸铁压缩时的强度极限σb。

4、压缩试样：

图2.11压缩试样

压缩试样通常为圆柱形，也分短、长两种（图2.11示）。

试样受压时，两端面与试验机垫板间的摩擦力约束试样的横向变形，影响试样的强度。

随着比值h0/d0的增大，上述摩擦力对试样中部的影响减弱。

但比值h0/d0也不能过大，否则将引起失稳。

测定材料抗压强度的短试样（图2.11a示），通常规定１≤h0/d0≤3。

至于图2.11b所示长试样，多用于测定钢、铜等材料的弹性常数Ｅ、μ及比例极限和屈服极限等。

3、铸铁的压缩实验：

铸铁的压缩实验与拉伸实验的试验曲线形状很相似（如图2.10）。

铸铁压缩时，破坏断口会沿450~550左右斜截面断裂，此时，主动针会回到零点，从动针停在原位置不动，记录下载荷Ｐb，代入式（2.4）计算得出铸铁的抗压强度极限σb。

图2.12低碳钢压缩P-△L曲线

4、低碳钢的压缩实验：

低碳钢压缩时，其Ｐ－△Ｌ曲线如图2.12，到达屈服时，主动针会停顿甚至倒退，此时记录下屈服载荷Ｐs，则有：

此即低碳钢压缩时的屈服极限。

继续施加载荷，试样会越压越扁，但始终测不到Pb。

1、测量试样直径　在试样中部位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算其横截面面积Ａ0。

3、安装试样　直接将压缩试样放于工作台上，上升工作台，使试样与上、下垫板几乎接触为止。

应先开回油阀回油、卸载，才能取下试样。

五、实验数据处理及分析参照拉伸实验

六、问题讨论

1、铸铁压缩时沿450~550斜面断裂，表明导致破坏的原因是什么？

2、低碳钢压缩时能否得到强度极限σb？

实验三低碳钢弹性模量E的测定

一、实验目的

1、进一步熟练掌握万能材料试验机的操作规程及使用方法。

2、验证胡克定律，测定低碳钢的弹性模量Ｅ。

3、熟悉球铰式引伸仪的使用方法。

二、设备及试样

2、球铰式引伸仪

3、游标卡尺

4、低碳钢拉伸试样（１０倍试样）

弹性模量是应力低于比例极限时应力与应变的比值，即

（2.7）

可见，在比例极限内，对试样施加拉伸载荷Ｐ，并测出标距Ｌo的相应伸长△Ｌ，即可求得弹性模量Ｅ。

在弹性变形阶段内试样的变形很小，测量变形需用放大倍数为2000倍（分度值为1/2000mm）的球铰式引伸仪。

图2.13

为检查载荷与变形的关系是否符合胡克定律，减少测量误差，试验一般采用等增量法加载，即把载荷分成若干相等的加载等级（图2.13），然后逐级加载。

为保证应力不超出比例极限，加载前先估算出试样的屈服载荷，以屈服载荷的７０％～８０％作为测定弹性模量的最高载荷Ｐn。

此外，为使试验机夹紧试样，消除引伸仪和试验机机构的间隙，以及开始阶段引伸仪刀刃在试样上的可能滑动，对试样应施加一个初载荷Ｐ0，可取为Ｐn的１０％。

从Ｐ0到Ｐn将载荷分成n级，且不小于５，于是

ΔＰ＝（n≥5）

例如，若低碳钢的屈服极限σs=235MPa，试样直径do=10mm，则

图2.13

Pn=πdo²

×

σs×

80%=14800N（取为15KN）

P0=Pn×

10%=1.5KN

实验时，从P0到Pn逐级加载，载荷的每级增量为△P。

对应着每个载荷Pi（I=1,2,3,…,n），记录下相应的伸长ΔLi，ΔLi+1与ΔLi的差值即为变形增量δ（ΔL）i,它是ΔP引起的伸长增量。

在逐级加载中，若得到的各级δ（ΔL）i基本相等,就表明ΔL与P成线性关系，符合胡克定律.完成一次加载过程,将得到Pi和ΔLi的一组数据，按线性拟合法求得

（2.8）

上式的推导详见附录Ⅰ,这里不再复述。

除用线性拟合法确定E外,还可用下述弹性模量平均法.对应于每一个δ（ΔL）,由公式可以求得相应的Ei为

…,n（2.9）

n个Ei的算术平均值

E=（2.10）

即为材料的弹性模量。

1、测量试样尺寸在标距为Lo的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算每个横截面面积，取三者中的最小值计算公式中的Ao。

2、试验机准备根据估计的最大载荷，选择合适的示力度盘和相应的摆锤，并按试验机的操作规程进行操作。

3、安装试样及引伸仪。

4、进行预拉为检查机器和仪表是否处于正常状态，先把载荷预加到测定E的最高载荷Pn，然后卸载到0~Po之间。

5、加载加载按等增量法进行，应保持加载的均匀、缓慢，并随时检查是否符合胡克定律。

载荷增加到Pn后卸载。

测定E的试验应重复三次。

6、实验完毕，卸载取下引伸仪。

1、用直线拟合法测定E在测定弹性模量所得的几组数据中，选取线性相关性较好的一组数据Pi、ΔLi，拟合为直线。

按附录的公式（Ⅰ.6）和（Ⅰ.7）计算相关系数γ，并按公式（2.8）计算弹性模量E。

2、用弹性模量平均法测定E利用上述数据组，按公式（2.9）求出Ei，然后由公式