低碳钢、铸铁的拉伸试验

工程力学实验报告实验名称：考试班：实验组编号：考试成员：实验日期：一、考试目的1 .测定低碳钢的屈服点、强度极限、伸长率、截面收缩率。2 .测量铸铁的强度极限。3 .观察低碳钢拉伸过程中的各种现象(屈服、强化、缩颈等)，画出拉伸曲线。4 .精通试验机和其他相关设备的使用。二、实验设备1 .液压式万能试验机2 .游标卡尺三、设备介绍万能试验机介绍具有拉伸、压缩、弯曲、剪切等各种静力试验功能的试验机被称为万能材料试验机，万能材料试验机一般由两个基本部分构成1、负荷部分：利用一定的动力和传动装置使试验片强制变形，对试验片施加力的作用，即负荷试验片。2、测定部：指示试验片承受的负荷的大小和变形状况。四、实验原理低碳钢和铸铁是工程中应用最广泛的材料，同时低碳钢样品在拉伸试验中表现出的变形和抵抗力的关系也很典型。 用拉伸图表示了低碳钢的全试验过程中作业段的伸长量和负荷的关系。 进行实验时，可以利用万能材料试验机的自动描绘装置，描绘低碳钢样品的拉伸图即下图的拉伸力f和伸长量l的关系曲线。 另外，中途的开始阶段画曲线是因为试料头部在试验机的夹具内略微滑动，试验机的各部分有间隙。 大致分为四个阶段(1)弹性阶段(Ob段)在拉伸的初期阶段，-曲线(oa阶段)是直线，说明应力和应变成比例，即满足钩定理，这个阶段称为线性阶段。 直线段的最高点称为材料的比例极限(p )，直线段的直线倾斜是材料的弹性接触量e。线性阶段后，-曲线不是直线(ab段)，应力应变不成比例，但在整个弹性阶段卸载后，应力应变曲线沿原始曲线返回，载荷为零时，应变也完全消失。 卸载后变形完全消失的应力的最大点称为材料的弹性极限(e )，一般来说，对于钢等多种材料，弹性极限和比例极限非常接近。(2)投降阶段(PS段)如果超过弹性阶段，应力几乎不变化，只要在某个微小的范围内上下变动，应变就会急剧增加，这种现象就会屈服。 使材料屈服的应力称为屈服应力或屈服极限(s )。材料屈服时，用砂纸研磨试料表面，试料表面就在轴线上呈45度的斜纹。 这是因为在试料的45斜断面上作用了最大剪切应力，这些斜纹因为材料沿着最大剪切应力作用面发生了滑动，所以被称为滑动线。(3)强化阶段(ce分段)经过屈服阶段后，应力应变曲线显示曲线上升趋势，材料的变形阻力进一步增强，这种现象称为应变硬化。如果在该阶段卸载，卸载过程的应力应变曲线为斜线(d-d斜线等)，其斜率与比例阶段的直线段的斜率大致相等。 当载荷卸载为零时，变形不会完全消失，应力减少为零时残留的变形称为塑性变形或残留变形，应力相应地减少为零时消失的变形称为弹性变形。 卸载完成后立即加载，加载时的应力应变关系几乎沿着卸载时的直线变化。 因此，对卸载后发生塑性变形的试料再次进行拉伸试验时，其比例极限和弹性极限变高的现象称为冷作硬化。硬化阶段的应力应变曲线存在最高点，与该最高点对应的应力被称为材料的强度极限(b )，与强度极限对应的载荷是试验片能承受的最大载荷Fb。(4)局部变形阶段(ef段)在间距范围内的变形均匀，直到样品的拉伸达到强度极限b为止。 应力增大到强度极限b时，样品局部显着收缩的现象称为颈缩。 出现缩颈后，为了继续试验片的变形所需的负荷减少，应力应变曲线呈现下降倾向，最后在f点断裂。 试料的断裂位置在缩颈处，断裂形状为杯状，由此显示试料破坏的原因不仅有拉伸应力，还有剪切应力。(5)伸长率和截面收缩率试料断裂后，因为残留有塑性变形，所以标间距离从原来的L0变为L1。 以百分比表示的比A=(L1- L0)/L0*100%称为伸长。 样品的塑性变形越大，也越大。 因此，增长率是测量材料塑性的指标。在原来的截面积为A0的试样中，断裂后的缩颈的最小截面积为A1，以百分比表示的比Z=(A0-A1)/A0*100%称为截面收缩率。 z也是测量材料塑性的指标。因此，低碳钢的拉伸破坏变形大，口缩颈后，口有45度的痕迹，在这个方向上存在最大剪切应力，因此属于剪切破坏力。五、实验内容及数据处理1 .实验前低碳钢和铸铁的直径和分三段测定低碳钢和铸铁的直径d0、标准距离L0及截面积A0。材料直径d0/mm间距L0/mm截面积A0/mm2I.族平均值/毫米121212低碳钢10.009.9010.0010.109.709.909.8098.0075.39铸铁10.109.7010.3010.009.9010.009.9099.0076.942 .进行低碳钢的拉伸试验(1)将低碳钢按要求放在万能试验机上，再按实验要求进行试验。 试验完成后，印刷拉伸曲线。(2)记录试验后低碳钢图案的切断直径d1、切断后的规长L1、切断处的截面积A1及截面形状.切口直径d1/mm断裂后的间距长度L1/mm切口处的截面积A1/mm212平均值5.005.005.0012519.63截面形状如下图所示(3)计算应力值(强度)、伸长率a和收缩率z，并填写下表。最大力FM/KN拉伸强度/MP上屈服应力FS1/KN上屈服强度000000空气空气653下降伏应力FS2/KN降低屈服强度S2/MP断裂后伸长A/%截面收缩率Z/%36.75487.4725.7541.5623.00305.0827.55%73.96%拉伸强度=FM/A0=36.75 * 103/75.39=487.47 MP上屈服强度S1S1=fs1/A0=25.75 * 103/75.39=341.56 MP下降伏强度S2S1=fs2/A0=23.00 * 103/75.39=305.08 MP断裂后伸长a=(L1-l0 )/l0 * 100 %=(125-98 )/98 * 100 %=27.55 %截面收缩率z=(A0-a1 )/A0 * 100 %=(75.39-19.63 )/75.39 * 100 %=73.96 %3 .进行铸铁的拉伸试验(1)将低碳钢按要求放在万能试验机上，再按实验要求进行试验。 试验完成后，印刷拉伸曲线。(2)铸铁断裂后，观察截面形状。(3)计算应力值(强度)，并填写下表。最大力FM/KN拉伸强度/MP17.96233.43拉伸强度=FM/A0=17.96 * 103/76.94=233.43 MP六、思考问题根据实验时发生的现象和实验结果，低碳钢和铸铁的机械性能如何不同？a :低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时发生屈服，发生大的塑性变形，断裂前发生明显的缩颈现象，拉伸后切断口呈凹凸状，铸铁拉伸时没有屈服现象，