一低碳钢铸铁的拉伸.docx
- 文档编号:1800344
- 上传时间:2022-10-24
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:289.70KB
一低碳钢铸铁的拉伸.docx
《一低碳钢铸铁的拉伸.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一低碳钢铸铁的拉伸.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
一低碳钢铸铁的拉伸
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σs、强度极限σb、延伸率δ和截面收缩率ψ,铸铁拉伸时的强度极限σb。
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。
图2.7分别表示横截面为圆形和矩形的拉伸试样。
L0是测量试样伸长的长度,称为原始标距。
按现行国家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L0与原始横截面A0的关系规定为
(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,=5d;对长试样,。
本实验室采用的是长试样。
非比例试样的L0和A0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中,尺寸L称为试样的平行长度,圆截面试样L不小于L0+d0;矩形截面试样L不小于L0+b0/2。
为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡,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
图2.9低碳钢拉伸时的P-△L曲线
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σp,屈服极限σs(或规定非比例伸长应力),抗拉强度σb,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程设计的重要依据。
1、低碳钢拉伸实验
图2.9
1)、屈服极限σs及抗拉强度σb的测定
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Psu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A0,作为屈服极限σs,即
σs=(2.3)
若试验机由示力度盘和指针指示载荷,则在进入屈服阶段后,示力指针停止前进,并开始倒退,这时应注意指针的波动情况,捕捉指针所指的最低载荷Psl。
图2.8低碳钢拉伸时的P-△L曲线
屈服阶段过后,进入强化阶段,试样又恢复了抵抗继续变形的能力(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
图2.9
留在Pb不动,主动针则迅速倒退,表明载荷迅速下降,试样即将被拉断。
以试样的初始横截面面积Ao除Pb得抗拉强度σb,即
(2.4)
2)伸长率δ及截面收缩率ψ的测定 试样的标距原长为L0,拉断后将两段试样紧密地对接在一起,量出拉断后的标距长为L1,断后伸长率应为
δ=×100%(2.5)
图2.9断口移中法测L1
断口附近塑性变形最大,所以L1的量取与断口的部位有关。
如断口发生于L0的两端或在L0之外,则实验无效,应重做。
若断口距L0的一端的距离小于或等于(图2.9),则按下述断移中法测定L0。
在拉断后的长段上,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L1=a+2b。
当长段剩余格数为奇数时(图2.9c),取剩余格数减1后的一半得C点,加1后的一半得C1点,设AB、BC和BC1的长度分别为a、b1和b2,则L1=a+b1+b2。
试样拉断后,设缩颈处的最小横截面面积为A1,由于断口不是规则的圆形,应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径,以其平均值计算A1,然后按下式计算断面收缩率:
ψ=×100%(2.6)
2、铸铁拉伸实验
铸铁属于脆性材料,拉伸过程中,没有屈服和“颈缩”现象,它的P-△L曲线近似一条斜直线(如图2.10),本实验我们只测铸铁的抗拉强度极限,所以实验结束后,主动针退回零位,从动针所指示的载荷即是Pb,代入式(2.4)计算得出σb。
四、实验步骤
1、测量试样直径 在标距L0的两端及中部三个位置上,沿两个相互垂直的方向,测量试样直径,以其平均值计算各横截面面积,再以三个横截面面积中的最小值为A0。
2、试验机准备 根据试样尺寸和材料,估计最大载荷,选择相适应的示力度盘和摆锤重量,需要自动绘图时,事先应将滚筒上的纸和笔装妥。
先关闭送油阀和回油阀,再开动油泵电机,待油泵工作正常后,开启送油阀将活动平台上升约1cm,以消除其自重。
然后关闭送油阀,调零。
3、安装试样 安装拉伸试样时,对A型试验机,可开动下夹头升降电机以调整下夹头的位置,但不能用下夹头升降电机给试样加载;对B型试验机,用横梁升降按钮调整拉压空间。
4、加载 缓慢开启送油阀,给试件平稳加载。
应避免油阀开启过大,进油太快。
试验进行中,注意不要触动摆杆和摆锤。
5、试验完毕,关闭送油阀,停止油泵工作。
破坏性试验先取下试样,再缓慢打开回油阀将油液放回油箱。
非破坏性试验,自然应先开回油阀卸载,才能取下试样。
五、实验数据处理
按有关公式,将实验数据计算出来,其数值遵守表2.1的修约规定。
有效数以后的数字进位规则见附录Ⅱ⑼。
六、数据分析
对你所得出的数据,作出合理的分析。
表2.1 性能指标数值的修约规定
性能
范围
修约到
σp
σs、σp0.2
σb
≤200Mpa以下
1MPa
>200Mpa~1000MPa
5MPa
>1000MPa
10MPa
δ
0.5%
ψ
0.5%
六、问题讨论
试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能有什么不同。
实验二低碳钢、铸铁压缩演示实验
一、实验目的:
1、进一步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、通过演示,观察低碳钢和铸铁在压缩时的变形规律和破坏现象,并进行比较。
3、测定低碳钢压缩时的屈服极限σs;铸铁压缩时的强度极限σb。
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、压缩试样:
图2.11压缩试样
压缩试样通常为圆柱形,也分短、长两种(图2.11示)。
试样受压时,两端面与试验机垫板间的摩擦力约束试样的横向变形,影响试样的强度。
随着比值h0/d0的增大,上述摩擦力对试样中部的影响减弱。
但比值h0/d0也不能过大,否则将引起失稳。
测定材料抗压强度的短试样(图2.11a示),通常规定1≤h0/d0≤3。
至于图2.11b所示长试样,多用于测定钢、铜等材料的弹性常数E、μ及比例极限和屈服极限等。
三、实验原理及方法
3、铸铁的压缩实验:
铸铁的压缩实验与拉伸实验的试验曲线形状很相似(如图2.10)。
铸铁压缩时,破坏断口会沿450~550左右斜截面断裂,此时,主动针会回到零点,从动针停在原位置不动,记录下载荷Pb,代入式(2.4)计算得出铸铁的抗压强度极限σb。
图2.12低碳钢压缩P-△L曲线
4、低碳钢的压缩实验:
低碳钢压缩时,其P-△L曲线如图2.12,到达屈服时,主动针会停顿甚至倒退,此时记录下屈服载荷Ps,则有:
此即低碳钢压缩时的屈服极限。
继续施加载荷,试样会越压越扁,但始终测不到Pb。
四、实验步骤
1、测量试样直径 在试样中部位置上,沿两个相互垂直的方向,测量试样直径,以其平均值计算其横截面面积A0。
2、试验机准备 根据试样尺寸和材料,估计最大载荷,选择相适应的示力度盘和摆锤重量,需要自动绘图时,事先应将滚筒上的纸和笔装妥。
先关闭送油阀和回油阀,再开动油泵电机,待油泵工作正常后,开启送油阀将活动平台上升约1cm,以消除其自重。
然后关闭送油阀,调零。
3、安装试样 直接将压缩试样放于工作台上,上升工作台,使试样与上、下垫板几乎接触为止。
4、加载 缓慢开启送油阀,给试件平稳加载。
应避免油阀开启过大,进油太快。
试验进行中,注意不要触动摆杆和摆锤。
5、试验完毕,关闭送油阀,停止油泵工作。
应先开回油阀回油、卸载,才能取下试样。
五、实验数据处理及分析参照拉伸实验
六、问题讨论
1、铸铁压缩时沿450~550斜面断裂,表明导致破坏的原因是什么?
2、低碳钢压缩时能否得到强度极限σb?
实验三低碳钢弹性模量E的测定
一、实验目的
1、进一步熟练掌握万能材料试验机的操作规程及使用方法。
2、验证胡克定律,测定低碳钢的弹性模量E。
3、熟悉球铰式引伸仪的使用方法。
二、设备及试样
1、万能材料试验机
2、球铰式引伸仪
3、游标卡尺
4、低碳钢拉伸试样(10倍试样)
三、实验原理及方法
弹性模量是应力低于比例极限时应力与应变的比值,即
(2.7)
可见,在比例极限内,对试样施加拉伸载荷P,并测出标距Lo的相应伸长△L,即可求得弹性模量E。
在弹性变形阶段内试样的变形很小,测量变形需用放大倍数为2000倍(分度值为1/2000mm)的球铰式引伸仪。
图2.13
为检查载荷与变形的关系是否符合胡克定律,减少测量误差,试验一般采用等增量法加载,即把载荷分成若干相等的加载等级(图2.13),然后逐级加载。
为保证应力不超出比例极限,加载前先估算出试样的屈服载荷,以屈服载荷的70%~80%作为测定弹性模量的最高载荷Pn。
此外,为使试验机夹紧试样,消除引伸仪和试验机机构的间隙,以及开始阶段引伸仪刀刃在试样上的可能滑动,对试样应施加一个初载荷P0,可取为Pn的10%。
从P0到Pn将载荷分成n级,且不小于5,于是
ΔP=(n≥5)
例如,若低碳钢的屈服极限σs=235MPa,试样直径do=10mm,则
图2.13
Pn=πdo²×σs×80%=14800N(取为15KN)
P0=Pn×10%=1.5KN
实验时,从P0到Pn逐级加载,载荷的每级增量为△P。
对应着每个载荷Pi(I=1,2,3,…,n),记录下相应的伸长ΔLi,ΔLi+1与ΔLi的差值即为变形增量δ(ΔL)i,它是ΔP引起的伸长增量。
在逐级加载中,若得到的各级δ(ΔL)i基本相等,就表明ΔL与P成线性关系,符合胡克定律.完成一次加载过程,将得到Pi和ΔLi的一组数据,按线性拟合法求得
(2.8)
上式的推导详见附录Ⅰ,这里不再复述。
除用线性拟合法确定E外,还可用下述弹性模量平均法.对应于每一个δ(ΔL),由公式可以求得相应的Ei为
…,n(2.9)
n个Ei的算术平均值
E=(2.10)
即为材料的弹性模量。
四、实验步骤
1、测量试样尺寸在标距为Lo的两端及中部三个位置上,沿两个相互垂直的方向,测量试样直径,以其平均值计算每个横截面面积,取三者中的最小值计算公式中的Ao。
2、试验机准备根据估计的最大载荷,选择合适的示力度盘和相应的摆锤,并按试验机的操作规程进行操作。
3、安装试样及引伸仪。
4、进行预拉为检查机器和仪表是否处于正常状态,先把载荷预加到测定E的最高载荷Pn,然后卸载到0~Po之间。
5、加载加载按等增量法进行,应保持加载的均匀、缓慢,并随时检查是否符合胡克定律。
载荷增加到Pn后卸载。
测定E的试验应重复三次。
6、实验完毕,卸载取下引伸仪。
五、实验数据处理
1、用直线拟合法测定E在测定弹性模量所得的几组数据中,选取线性相关性较好的一组数据Pi、ΔLi,拟合为直线。
按附录的公式(Ⅰ.6)和(Ⅰ.7)计算相关系数γ,并按公式(2.8)计算弹性模量E。
2、用弹性模量平均法测定E利用上述数据组,按公式(2.9)求出Ei,然后由公式
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低碳钢 铸铁 拉伸