邵 阳 学 院 实 验 报 告

 

实验项目1： 低碳钢、铸铁的拉伸实验

实验日期                   实验地点                   成    绩

院    系                   班    级                   指导老师

同组成员                   学生姓名                   学生学号

 

一、实验内容和目的

1. 测定拉伸时低碳钢的屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率。

2. 测定拉伸时铸铁的强度极限。

3. 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（曲线）。

4. 比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况

5. 掌握电子万能试验机的原理及操作方法。

二、实验设备及仪器（规格、型号）

1. WD-P6105微机控制电子万能材料试验机

2. 游标卡尺

三、实验原理

1、低碳钢拉伸实验

低碳钢的拉伸图如图所示

低碳钢拉伸图

    工程上均以下屈服点 (图C点对应的载荷)作为材料屈服时的载荷F_S，以试样的初始横截面积A₀除F_S，即得屈服极限：

   

载荷到达最大值F_b时，以试样的初始横截面面积A₀除F_b得强度极限：

   

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延伸率应为：

     

    试样拉断后，设颈缩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：

            

2. 铸铁的拉伸试验

    铸铁拉伸曲线，如图所示。

铸铁拉伸图

    铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂，没有屈服和颈缩现象，铸铁的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。铸铁的强度极限为：

    。

四、实验步骤

1. 检查试验机的夹具是否安装好，各种限位是否在实验状态下就位；

2. 启动试验机的动力电源及计算机的电源；

3. 调出试验机的操作软件，按提示逐步进行操作，设置好参数；

4. 安装试件，进行调零，回到试验初始状态；

5. 根据实验设定，启动实验开关进行加载，注意观察试验中的试件及计算机上的曲线变化；

6. 实验完成，保存记录数据；

7. 关闭试验机的动力系统及计算机系统。

五、实验记录及数据处理

    1．试件尺寸

表1. 实验前试件尺寸

表2. 实验后试件尺寸

2．低碳钢拉伸的力学性能

3．铸铁拉伸的力学性能

六、试验结果分析及讨论

   对低碳钢和铸铁试件拉伸时的断口形状进行描述，并分析破坏原因。

第二篇：低碳钢、铸铁的拉伸试验

工程力学实验报告

实验名称：

试验班级： 

实验组号： 

试验成员：

实验日期：  

一、试验目的

1、测定低碳钢的屈服点，强度极限，延伸率，断面收缩率。

2、测定铸铁的强度极限。

3、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉伸曲线。

4、熟悉试验机和其它有关仪器的使用。

二、实验设备

1．液压式万能实验机；

2．游标卡尺

三、设备简介

万能试验机简介

具有拉伸、压缩、弯曲及其剪切等各种静力实验功能的试验机称为万能材料试验机，万能材料试验机一般都由两个基本部分组成；

1、加载部分：利用一定的动力和传动装置强迫试件发生变形，从而使试件受到力的作用，即对试件加载。

2、测控部分：指示试件所受载荷大小及变形情况。

四、实验原理

低碳钢和铸铁是工程上最广泛使用的材料，同时，低碳钢试样在拉伸试验中所表现出的变形与抗力间的关系也比较典型。低碳钢的整个试验过程中工作段的伸长量与荷载的关系由拉伸图表示。做实验时，可利用万能材料试验机的自动绘图装置绘出低碳钢试样的拉伸图即下图中拉力F与伸长量△L的关系曲线。需要说明的是途中起始阶段呈曲线是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙造成的。大致可分为四个阶段：

（1）弹性阶段（Ob段）

在拉伸的初始阶段，σ-ε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。线性段的最高点则称为材料的比例极限（σ_p），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。

线性阶段后，σ-ε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（σ_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。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σ_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45°斜纹。这是由于试件的45°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，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d-d＇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个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（σ_b），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷F_b。

（4）局部变形阶段（ef段）

试样拉伸达到强度极限σ_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σ_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）伸长率和断面收缩率

试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的L₀变为L₁。用百分比表示的比值          A=（L₁- L₀）/ L₀*100%

称为伸长率。试样的塑性变形越大，δ也越大。因此，伸长率是衡量材料塑性的指标。

原始横截面面积为A₀的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为A1，用百分比表示的 比值     Z=（A₀-A₁）/A₀*100%

称为断面收缩率。Z也是衡量材料塑性的指标。

所以，低碳钢拉伸破坏变形很大，断口缩颈后，端口有45度茬口，由于该方向上存在最大剪应力τ造成的，属于剪切破坏力。

五、实验内容及数据处理

1、实验前测低碳钢和铸铁的直径和

分三段测低碳钢和铸铁的直径d₀、标距L₀以及截面积A₀。

2、进行低碳钢拉伸试验

（1）将低碳钢按要求放于万能试验机上，并一步一步按照实验要求进行试验。试验完成后将拉伸曲线打印出来。

（2）记录试验后低碳钢式样的断口直径d₁、断裂后的标距长度L₁、断口处横截面积A₁以及断面形状。

断面形状如下图：

(3)计算应力值(强度)、伸长率A及收缩率Z并填写下表。

抗拉强度б         б= F_M/A₀ = 36.75*10³/75.39 = 487.47 MP

上屈服强度б_S1      б_S1= F_S1/A₀ =25.75*10³/75.39 = 341.56 MP

下屈服强度б_S2           б_S1= F_S2/A₀ =23.00*10³/75.39 = 305.08 MP

断后伸长率A       A = (L₁- L₀)/ L₀ *100% =(125-98)/98*100% = 27.55%

断面收缩率Z       Z = (A₀- A₁)/ A₀*100% =(75.39-19.63)/75.39*100% =73.96%

3、进行铸铁拉伸试验

（1）将低碳钢按要求放于万能试验机上，并一步一步按照实验要求进行试验。试验完成后将拉伸曲线打印出来。

（2）铸铁断后观察断面形状。

(3)计算应力值(强度)并填写下表。

抗拉强度б       б=б= F_M/A₀ =17.96*10³/76.94 = 233.43 MP

六、思考题

1．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。

2．低碳钢试样在最大载荷D点不断裂，在载荷下降至E点时反而断裂，为什么？

答：低碳钢在载荷下降至E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D点实际应力比E点时小。