低碳鋼拉伸實驗、實驗目的1．驗證虎克定律，測定低碳鋼的彈性模量E。2.測定低碳鋼的屈服極限Q；強度極限Q；延伸率5；截面收縮率屮。sb3．觀察低碳鋼拉伸過程中各個階段的現象，繪制拉伸的應力應變曲線圖。二、實驗設備1．液壓式萬能材料試驗機2．球鉸式引伸儀3．游標卡尺三、試件兩端其長度1稱為“原始標距”，根據國標規定，取1二10d，即為兩端其長度1稱為“原始標距”，根據國標規定，取1二10d，即為100mm,000較粗部分是頭部，為裝入試驗機夾頭中承受拉力之用。如圖2－1所示。低碳鋼屬塑性材料，在做拉伸實驗過程中，其P—A1曲線如圖2-2所示，大致可分為四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段、局部變形階段。1.彈性模量E的測定試件受到軸向拉力P的作用時，在比例極限內，應力和應變的關系符合虎克定律，彈性模量是應力和應變的比值，即：P1'—0P1'—0E=-標距1°的相應伸長A1，即可求得彈性模量E。為了驗證虎克定律，并提高測是彈性模量E的精確度，通常采用“增量法”進行實驗，也就是把載荷分成若干相等的加載等級AP，然后逐級加載。測彈性模量時最咼載荷P為屈服載荷P的ns70%?80%，若低碳鋼的直徑為10mm,則P不超過15KN。實驗時，從P到P逐級加載，各級載荷增量為AP。對應著每個載荷P(i0n i

=1,2, ,n）,就有相應的伸長Al,Al與Al的差值即為變形增量S（Al）,??? i i+1 i i它是AP引起的伸長增量，8（Al）=Al-Al=竺,AC為引伸儀中的千分表讀i i+1 iKi數C「C算得的增量，K為引伸儀的放大倍數。在逐級加載中，若等到的各級5（Al）基本相等，就表明變形Al與拉力P成線性關系，符合虎克定律。i完成一次加載，將得到P和Al.的一組數據，按彈性模量平均法，對應于每一個5（Al）可以求得相應的單項彈性模量E，則i iAPAP-1'（i=1，2， ，n）1則n個E的算術平均值iE=1￡Eni=1即為材料的彈性模量。用增量法進行試驗，還能判別加載、引伸儀的安裝及讀數有無錯誤。若伸長增量不按一定規律變化，說明試驗不正常，應進行檢查。2.屈服極限Q，強度極限Q的測定sb彈性階段過后，進入屈服階段，試驗機示力度盤的主動針停止前進，并開始倒退，載荷首次下降的最低點，稱為初始瞬時效應，不作為強度指標，然后應注意指針的波動情況，主動針第一次回擺之后幾次回擺中，所指的最低載荷即為屈服載荷Ps。根據定義，屈服極限可由下式求出：PQ=-^sA式中A0為試件的初始橫載面面積。屈服階段過后，進入強化階段，試件因塑性變形合其內部的晶體結構得到了調整，抵抗繼續變形的能力有所增強。當達到最大載荷P時，在試件的某一局b部的截面明顯縮小，出現“頸縮”現象，這表明已經進入局部變形階段，此時，主動針迅速倒退，試件被拉斷，從動針停止不動，所指的載荷即為極限載荷P，b根據定義，強度極限可由下式求出：PQ=—bA式中A為試件的初始橫載面面積。03?延伸率5和截面收縮率屮的測定根據定義：5=X100%；5=X100%；lA-A屮=*^X100%00其中l為試件拉斷后測試標距范圍長度，稱為斷后標距；A則為試件斷口11處的最小面積。為了方便測量斷后標距l1，試件在試驗前應在其表面劃上等距離并與試件軸線相垂直的標記線，例如每相距10mm劃上一段，如圖2-3（a）所示。試件拉斷后,把試件拼接起來。從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長是不均勻的，靠近斷口處伸長較多。因此，測得的l數值與斷口部位有關。為了保證l的11

準確性，應該使斷口位于測量范圍的中部，用游標卡尺測量10格的長度即為I】,如圖2—3(b)所示。如果無法使斷口位于測量范圍的中部，就要采用斷口移中的辦法來決定l。1(b)(a)冷十卜+卜卡寸_-(b)(a)冷十卜+卜卡寸_-斷口移中的方法是：在靠近斷口處的一個劃線口，向斷裂試件中較短一段的標點a數一下共有多少格，例如有2格。如圖2—3(c)。然后向斷裂試件較長的一段數相同的2格,記為c,則ac段的長度為lac共有4格。還應再數10-4=6格。ac我們從c向試件較長的一段再數6格的一半即3格，記為d，則cd長度為lcd。這樣"lac+2xlcd"所包含的格數即為10格，此時l=l+2xld，顯然，這樣的測accd1accd量方法可保證斷口在測量段的中間，使.較為準確。五、實驗步驟實驗必須按步驟進行，次序為試件和試驗機準備、安裝試件及引伸儀、試驗(加載、觀察、記錄)、測量、整理數據等。1．試件準備沿試件標距1。的范圍內，用劃線機每隔10mm刻劃標記線。在試件標距范圍內分別測量試件的兩端及中間三個位置的直徑。為保證精確度，每一截面取互相垂直的兩個方向各測量一次，并計算其平均值，以三截面中最小處的平均值作為計算直徑d，再算出試件的初始橫截面面積A。2．試驗機準備(1)根據試件極限載荷的大小，選擇合適的測力量程，并配置相應的擺錘對于低碳鋼拉伸試驗，通常選擇0-60KN的量程。

（2）調整測力指針，對準零點。（3）在自動繪圖器上安裝繪圖紙與筆。3．安裝試件及引伸儀首先安裝試件，并使之剛好拉緊（如測力盤指示0.2KN）,再安裝球鉸引伸儀。引伸儀裝好后要調整指針使之位于刻度零點。4．開動試驗機預加小量載荷（如加至2KN），以檢查試驗機工作是否正常，引伸儀上百分表指針是否轉動，確認正常后卸載接近零點。5．進行試驗（1） 慢速加載，初載荷為6KN,緩慢而均勻地使試件產生變形，注意測力指針的轉動，自動繪圖的情況和相應的試驗現象。（2） 從初載荷開始，每2KN記錄一次引伸儀中千分表的讀數，并估算引伸儀先后兩次讀數差，以判斷試驗是否正常。（3）卸下引伸儀。（4） 繼續加載，觀察屈服時的載荷。當測力指針倒退時，說明材料發生屈服，讀出屈服載荷Ps。（5） 過屈服階段后，可用較快的速度加載，注意觀察試件出現頸縮部位，直至將試件拉斷，記下極限載荷P，停車，取下試件。b6．測量（1） 為了計算延伸率5，需按實驗原理第3點介紹的方法測量拉斷后試件標距范圍內的長度1。1（2） 為了計算試件的截面收縮率屮，將斷裂試件的兩端盡量對緊，用游標卡尺測量斷口頸縮處最小直徑d。為保證精確度，需在兩個互相垂直的兩個方向1各測量一次，并取平均值計算出試件斷口處的截面最小面積A1。7．清理儀器設備，結束實驗。8．整理數據，完成實驗報告。§2－2鑄鐵拉伸實驗一、 實驗目的測定鑄鐵的拉伸強度極限Q。b觀察鑄鐵拉伸的破壞現象，并與低碳鋼拉伸的破壞現象比較。二、 實驗設備液壓式萬能材料試驗機游標卡尺三、 試件采用圓形截面試件，兩端較粗部分是頭部，為裝入試驗機夾頭中承受拉力之用。如圖2－1所示。四、 實驗原理鑄鐵屬脆性材料，在拉伸斷裂以前所能發生的變形是很小的，無屈服階段和頸縮現象，其P—Al曲線如圖2—4所示。PP圖2－4鑄鐵拉伸實驗中，只有一個強度特征值，即拉斷時的應力一強度極限Q,b根據定義，可由下式求出：PG=—b-

bA0式中A0為試件初始橫載面面積，Pb為材料拉斷時的極限載荷。五、實驗步驟1．試件準備測量試件的兩端及中部共三個位置的直徑，為保證精確度，每一截面均取互相垂直的兩個方向各測量一次，并計算其平均值，以三截面中最小處的平均值作為計算直徑d，再算出試件的初始橫截面面積A，無需在試件上刻線。002．試驗機準備根據試件極限載荷的大小，選擇合適的測力量程，并配置相應的擺錘。對于鑄鐵拉伸試驗，通常選擇0?60KN的量程。調整測力指針，對準零點。3．安裝試件4．進行試驗開動試驗機，慢速加載，直至試件斷裂為止，記下極限載荷P，停車，取b下試件。5．清理儀器設備，結束實驗。6．整理數據，完成實驗報告。§2－3低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗一、 實驗目的1.測定壓縮時低碳鋼的屈服極限b；和鑄鐵的強度極限q。sb2．觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形和破壞現象，并進行比較。二、 實驗設備1．液壓式萬能材料試驗機2．游標卡尺三、 試件采用圓柱狀試件，其高度為直徑的1.5?2倍，如圖2—5(a)所示。鑄鐵

(a)O(a)O四、實驗原理1．低碳鋼壓縮實驗低碳鋼在壓縮時的a-s曲線如圖2—5(b)所示，圖中還用虛線繪出了低碳鋼在拉伸時的a-s曲線，從這兩條曲線可以看出，在屈服階段以前，它們基本上是重合的，這說明低碳鋼在壓縮時的彈性模量E和屈服極限a與拉伸時大致相同,s但在超過屈艮極限以后，因低碳鋼試件的軸向長度h不斷縮短，受壓面積越來越0大，直到被壓成鼓形而不產生斷裂，如圖2—6(a)所示。如果載荷圖2—6圖2—6足夠大(例如加至2000KN),試件可被壓成餅狀，所以無法測定材料的壓縮強度極限，故一般來說，鋼材的力學性能主要是用拉伸實驗來確定，并認為屈服極限a為低碳鋼壓縮時的強度特征值：sPG=—s-

sA

0

式中A為試件初始橫載面面積，P為低碳鋼壓縮時的屈服載荷。0s必須指出低碳鋼壓縮時的屈服階段并不象拉伸時那樣明顯，因此在確定P時s要特別小心地觀察。在緩慢而均勻地加載下，最初測力指針是等速轉動的，但發生屈服時，測力指針的轉動減慢，直至停止轉動，停留時間很短(例如0.5秒)，有時也有出現回擺的現象，這就是屈服現象。指針停留時的載荷或指針往回擺的最低載荷即為材料的屈服載荷P。s2．鑄鐵的壓縮實驗鑄鐵是典型的脆性材料，在壓縮時并無屈服階段，其P—Al曲線如圖2—6(b)所示，當對試件加至極限載荷P時，試件在壓縮變形很小時就突然發生剪斷破b壞，斷面與試件軸線的夾角大約為40°?45°,如圖2—6(c)所示。此時，測力主動針迅速倒退，由從動針可讀出P值，于是即可確定鑄鐵的強度極限：b

PbA0式中A為試件初始橫載面面積，P為鑄鐵壓縮時的極限載荷。0b由實驗表明，鑄鐵的抗壓能力比其抗剪能力好，而且在受壓時的強度極限比受拉時的要高3?4倍，故鑄鐵只適用于受壓構件。五、實驗步驟1．試件準備測量試件中間處的直徑，在互相垂直的兩個方向各測量一次，以其平均直徑計算出試件的初始橫截面面積A，再測量試件高度。2．試驗機準