低碳钢拉伸实验报告

低碳钢拉伸实验报告1实验目的（1）观察低碳钢在拉伸时的各种现象,并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限s,强度极限b,延伸率10和断面收缩率。（2）观察低碳钢在轴向拉伸时的各种现象。（3）观察试样受力和变形两者间的相互关系,并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。（4）学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。2仪器设备和量具电子万能试验机，单向引伸计，游标卡尺。3试件实验证明，试件尺寸和形状对实验结果有影响。为了便于比较各种材料的机械性能，国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。根据国家标准，（GB6397-86），将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下：本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件(图2-1),实验段直径0d=10mm,标距0l=100mm。4实验原理和方法在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径0d和标距0l。实验时，首先将试件安装在实验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量实验段的变形。然后开动实验机，缓慢加载，与实验机相联的微机会自动绘制出载荷-变形曲线（lF曲线，见图2－3）或应力-应变曲线（曲线，见图2－4），随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：(1)弹性阶段（ob段）在拉伸的初始阶段，曲线（oa段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点称为材料的比例极限（p），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。线性阶段后，曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。（2）屈服阶段（bc段）超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（s）。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成045斜纹。这是由于试件的045斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。（3）硬化阶段（ce段）经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如'dd斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。在硬化阶段应力应变曲线存在一最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（b），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷bF。（4）颈缩阶段（ef段）试样拉伸达到强度极限b之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限b之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。5实验步骤1、准备试件，测量试件的直径0d，打上明显的标记，并量出试件的标记距离0l，并取三次测量结果的平均值。在试件中间和两端相互垂直的方向各量两次直径，取六次测量平均值来计算截面面积0A。2、依次打开计算机、试验机，并旋转试验机外罩上的旋钮启动试验机。3、双击桌面上的图标，进入软件操作系统。4、点击“编辑试验方案”，编辑好试验方案。1）力控制，150N/min，终点为27000N；2）力控制，150N/min，终点为8000N；3）力控制，150N/min，终点为29000N；4）力控制，150N/min，终点为8000N；5）位移控制，5mm/min，终点为80mm；5、装夹拉伸试样。通过试验机的“上升”、“下降”按钮把横梁调整到方便装试件的位置，再把上钳口松开，夹紧试样的上端。6、使横梁下降，当试样能够夹在下钳口时，停止。7、在实验操作界面上把负荷、峰值、变形、位移清零，夹紧下钳口，然后按下“保载”按钮。8、装夹引伸计，并检查引伸计是否已正确连接到计算机主机的端口上。9、点击“开始”按钮，开始实验。当试件即将进入屈服阶段时，屏幕会弹出对话框提示取下引伸计，此时要迅速取下引伸计。因为此后试件将进入屈服阶段，在载荷—变形图上将看到一个很长的波泿形曲线（表明试件处于流塑阶段），应力变化不大，但应变大大增加。如果不取下引伸计，引伸计将被拉坏。在实验过程中，注意观察屈服（流动）、强化，卸载规律、颈缩、断裂等现象。10、试样拉断后，立即按“停止”按钮。然后点取“保存数据”按钮，保存试验数据。取下试样，先将两段试件沿断口整齐地对拢，量取并记录拉断后两标距点之间的长度1l，及断口处最小的直径1d，并计算断后面积1A。11、数据处理。生成实验数据曲线图，使用“遍历”功能记下相关数据。实验图片6试验结果处理记录试件的屈服抗力SF和最大抗力bF。试件断裂后，测量断口处的最小直径1d和标记距离间的距离1l。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。弹性模量0lAFlE强度指标：屈服极限42000dAAFss，其中强度极限0AFbb塑性指标：延伸率%100001lll断面收缩率%100010AAA试件原始尺寸记录材料直径（mm）横截面I横截面II横截面III⑴⑵平均⑴⑵平均⑴⑵平均低碳钢9.909.909.909.929.929.929.869.869.86实验前材料标距l（mm）直径0d（mm）横截面积0A（2mm）标记距离0l（mm）屈服抗力sF（KN）最大抗力bF（KN）低碳钢509.8976.78105.6623.69334.243铸铁实验后材料变形l（mm）直径1d（mm）横截面积1A（2mm）标记距离1l（mm）F（KN）低碳钢0.0665.7525.95135.4219.135铸铁求解结果弹性模量)GPaE（下屈服极限)(MPas强度极限)(MPab延伸率断面收缩率上屈服极限)('MPas低碳钢187.70308.58445.9928.17%66.20%323.22铸铁7思考题1、根据实验画出低碳钢的拉伸曲线。答：如上图。2、根据实验时发生的现象和实验结果比较低碳钢和铸铁的机械性能有什么不同？答：低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时会发生屈服，会产生很大的塑性变形，断裂前有明显的颈缩现象，拉断后断口呈凸凹状，而铸铁拉伸时没有屈服现象，变形也不明显，拉断后断口基本沿横截面，较粗糙。3、低碳钢试样在最大载荷e点不断裂，在载荷下降至f点时反而断裂，为什么？答：低碳钢在载荷下降至f点时反而断裂，是因为此时实际受载截面已经大大减小，实际应力达到材料所能承受的极限，在最大载荷e点实际应力比f点时小。4、冷做硬化阶段为什么上升下降曲线不重合？答：我们可以明显的看到上升阶段斜率大于下降阶段，而横坐标与从坐标的乘积实际上表示的是是能量，我们知道拉伸阶段是外力做工转化为低碳钢的势能，而下降阶段是势能转化为别的能量，但是在这个过程中能量会损失，比如热能，因此要让低碳钢拉伸到同样位置必须做更多的功，所以曲线不会重合。