低碳钢的拉伸及卸载实验报告

低碳钢的拉伸及卸载实验一、实验目的与要求1、熟练掌握电子万能试验机的构造及使用方法2、分析金属材料在拉伸时的基本性能3、编制相应程序进行实验4、观察低碳钢在拉伸及卸载时的各种现象,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及低碳钢的弹性模量E。5、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。6、测绘低碳钢的载荷—变形（曲线lF）并分析力与变形之间的关系7、观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象二、实验仪器电子万能试验机、电子式引伸计、游标卡尺、小铁锤三、实验原理与方法在拉伸实验前，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，缓慢加载或者实验达到一定程度对试件进行卸载，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4－1）或应力-应变曲线（曲线，见图4－2），随着载荷的逐渐增大或者逐渐减小，材料呈现出不同的力学性能：（1）弹性阶段（Ob段）abcefPbgfhsoddΔlFsFbF图4－1图4－2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，即满足胡克定理式EAFll/，这一阶段称为弹性阶段。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。弹性阶段后，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（e），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。屈服阶段出现的变形，是不可恢复的塑性变形。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）强化阶段（ce段）经过屈服阶段后，若要使其继续伸长，由于材料在塑性过程中不断发生强化，因而试样中的抗力不断增长。这一阶段成为强化阶段。在强化阶段试样的变形主要是塑性变形，其变形量要远大于弹性变形。在此阶段中可以较明显地观察到整个试样横向尺寸的减小。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。当载荷卸载到很小时，变形并未完全消失，应力减小至很小时残留的应变称为残余应变。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。由于“紧缩”部分的横截面面积急剧减小，因此荷载读数反而降低，一直到试样被拉断。这一阶段也被称为局部变形阶段。四、实验步骤1、在材料上用小铁锤在靠近端部处敲出两个小点作为标记，量出标记点之间的距离。2、测量低碳钢的初始直径0d和初始标距长度0l：在试样标距段的两端和中间三处测量试样直径，将三处直径取平均值并做好记录，该平均值取作试样的初始直径0d。用游标卡尺测量低碳钢试样的初始标距长度0l。3、安装试件：开启电子万能试验机电源，与电脑联机，在试验机上装夹低碳钢试样：先用下夹头卡紧试样一端，再下降试验机活动横梁，使上端缓慢插入夹头的卡板中，锁紧夹头，进行保护从而消除夹持力。4、在试样的试验段上安装引伸计，注意安装后须轻轻拔出引伸计定位销钉。并清零位移。5、选择编制好的试验程序，运行应用程序并开始实验。6、在最初加载过程中，还处于弹性阶段，记住保载时的数据，便于计算弹性模量E弹性阶段。进入屈服阶段后，变形变大，当界面提示引伸计已到量程范围时，迅速拆卸引伸计。继续按照程序实验，进行两次卸载后，继续加载直至试样断裂。7、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。8、试样断裂后，取下试样，测量断后最小直径1d，断后标距长度1l。9、数据处理。五、实验数据记录试验前试样尺寸材料初始标距0l/mm初始直径0d/mm初始横截面面积0s/mm2截面1截面2截面3平均低碳钢95.299.969.969.949.9577.76试验后试样尺寸断裂后标距长度1l/mm断口（颈缩）处最小直径1d/mm断口处最小横截面面积1s/mm2截面1截面2平均125.445.505.505.5023.76六、实验数据处理伸长率：%10029.95/)29.9544.125(%100/)(001lll31.6%断面收缩率：%10076.77/)76.2376.77(%100/010sss）（=69.4%下图为力和位移的关系曲线：应力应变曲线如下图：根据拟合的应力应变曲线，斜率即为低碳钢的弹性模量即弹性模量：E=157.74GPa七、实验注意事项1、实验前注意检查试验机电源是否接通，检查程序是否正确。2、实验时，必须严格遵守电子万能试验机的操作规程。3、应注意在装卡试样时，横梁移动速度要慢，是试样缓慢插入夹具的V行卡板中，不要顶撞卡板顶部；试样夹持端不要装卡过长。4、夹好试样后，由于此时试样已经在受力，注意按保护键，使试样中的初始力为零或接近零。5、装夹、拆卸引申计时，要注意插好定位销钉，当试样进入屈服阶段时，根据电脑提示迅速取下引伸计，避免因变形过大而损坏仪器。6、在第一次加载时，要确保加载的力使材料过了屈服阶段，进入了强化阶段。八、心得体会1、实验前要注意检查实验编制程序，在实验程序编制时一定要理解和了解编制的每一个实验程序所起到的作用，我们组在这次做实验时就是没有理解清楚实验是严格按照所编制的程序来的，在加载了力之后又加了一个位移，结果试样直接拉断，这对我们来说是一个很深刻的教训。所以，我们在重新进行这个实验的时候再一次认真的编制了实验程序，使实验顺利进行。2、要培养自己做实验的良好习惯，在做实验前要检查所有设备、仪器及设备的连接，在实验过程中要养成多观察，多动手记数据的好习惯，要学会通过实验加强自己的理论知识，巩固自己的理论知识。3、在做实验的时候一定要全身心投入，不能分心，防止出现错误。同时还要注意安全。