低碳钢拉伸实验.docVIP

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；强度极限；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，直径为10㎜。试件等截面的中段用于测量拉伸变形，其长度称为“原始标距” ，根据国标规定，取，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2－1所示。 ? ? ? ? ? 图2－1 四、实验原理 低碳钢属塑性材料，在做拉伸实验过程中，其P－曲线如图2－2所示， 大致可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、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 ： ? ? ? ? ? ? ? 图2－2 可见，在比例极限内，对横截面面积为的试样施加拉伸载荷P，并测出标距的相应伸长，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，然后逐级加载。测弹性模量时最高载荷为屈服载荷的70%~80%，若低碳钢的直径为10㎜，则不超过15KN。 实验时，从到逐级加载，各级载荷增量为。对应着每个载荷（i＝1，2，··· ，n），就有相应的伸长，与的差值即为变形增量，它是引起的伸长增量，，为引伸仪中的千分表读数、···算得的增量， K为引伸仪的放大倍数。在逐级加载中，若等到的各级基本相等，就表明变形与拉力P成线性关系，符合虎克定律。 完成一次加载，将得到和的一组数据，按弹性模量平均法，对应于每一个可以求得相应的单项弹性模量，则　　 ( i＝1，2，··· ，n) 　　则n个的算术平均值 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，强度极限的测定 　　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。根据定义，屈服极限可由下式求出： 式中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，根据定义，强度极限可由下式求出： 式中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： 　　　 其中为试件拉断后测试标距范围长度，称为断后标距；则为试件断口处的最小面积。 　　为了方便测量断后标距，试件在试验前应在其表面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2－3(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，测得的数值与断口部位有关。为了保证的准确性，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，如图2－3(b)所示。如果无法使断口位于测量范围的中部，就要采用断口移中的办法来决定。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图2－3 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2－3(c)。然后向断裂试件较长的一段数相同的2格，记为c，则ac段的长度为共有4格。还应再数格。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。这样所包含的格数即为10格，此时，显然，这样的测量方法可保证断口在测量段的中间，使较为准确。 　　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、观察、记录）、测量、整理数据等。 　　1．试件准备 　　（1）沿试件标距的范围内，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