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实验一 低碳钢、铸铁的拉伸实验
拉压实验是材料的力学性能实验中最基本最重要的实验,是工程上广泛使用的测定材料力学性能的方法之一。
一、实验目的:
1、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、通过实验,观察低碳钢和铸铁在拉伸时的变形规律和破坏现象,并进行比较。
3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限σ s、强度极限σ b、延伸率δ 和截面收缩率ψ ,铸铁拉伸时的强度极限σ b。
二、实验设备及试样
1、万能材料试验机
2、游标卡尺
3、钢直尺
4、拉伸试样:
图 2.7 拉伸试样
由于试样的形状和尺寸对实验结果有一定影响,为便于互相比较,应按统一规定加工成标准试样。
0图 2.7 分别表示横截面为圆形和矩形的拉伸试样。L
0
是测量试样伸长的长度,称为原始标距。按现行
0国家 GB6397-86 的规定,拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种。比例试样的标距L
0
与原始横截
0面 A 的关系规定为
0
A0
A
0
0
(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,
A0L ?
A
0
0
=5d
;对长试样, L
0 0
? 11.3
? 10d
0
。本实验室采用的是长试样。非比例试样的 L
0
A0和 A 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
A
0
0
圆截面试样L不小于L +d ;矩形截面试样L不小于L +b
/2。为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡,
0 0 0 0
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
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σ ,屈服极限
p
o (或规定非比例伸长应力),抗拉强度σ
s
,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
b
程设计的重要依据。
1、低碳钢拉伸实验
1)、屈服极限σ 及抗拉强度σ 的测定
s b
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
P 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
su
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A ,作为屈服极限σ ,即
图
图 2.8 低碳钢拉伸时的 P-△L 曲线
Psl
o s= A
0
(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 指针停止前进,并开始倒退,这时应注意指针的波动情况, 针所指的最低载荷Psl。
屈服阶段过后,进入强化阶段,试样又恢复了抵抗继
后,示力捕 捉 指
续 变 形
b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留在P 不动,主动针则迅速倒退,表明载荷迅速
b
下降,试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积Ao 除P 得抗拉强度σ ,即
b b
P
A? ? b (2.4)
A
b
0
2)伸长率δ 及截面收缩率ψ 的测定 试样的标距原长为L ,拉断后将两段试样紧密地对接在一起,
0
量出拉断后的标距长为L ,断后伸长率应为
1
L ? L
Lδ = 1 0 ×100% (2.5)
L
0
图 2.9 断口移中法测 L1
断口附近塑性变形最大,所以L
1
的量取与断口的部位有关。如断口发生于L
0
L
的两端或在L
0
之外,则实
验无效,应重做。若断口距L 的一端的距离小于或等于 0 (图 2.9),则按下述断移中法测定L 。在拉
0 3 0
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L =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
1
半得C点,加1后的一半得C 点,设AB、BC和BC 的长度分别为 a、b 和 b ,则L =a+b + b 。
1 1 1 2 1 1 2
试样拉断后,设缩颈处的最小横截面面积为A ,由于断口不是规则的圆形,应在两个相互垂直的方向上量
1
取最小截面的直径,以其平均值计算 A ,然后按下式计算断面收缩率:
1
2、铸铁拉伸实验
A
Aψ = 0
A
0
A
1 ×100% (2.6)
铸铁属于脆性材料,拉伸过程中,没有屈服和“颈缩”
σ△L曲线近似一条斜直线(如图 2.10),本实验我们只测铸极限,所以实验结束后,主动针退回零
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