拉伸压缩试验参考指导书.doc
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1、金属材料室温拉伸实验实验目1、测定低碳钢屈服强度REh 、ReL及Re 、抗拉强度Rm 、断后伸长率A和断面收缩率Z 。2、测定铸铁抗拉强度Rm和断后伸长率A。3、观测并分析两种材料在拉伸过程中各种现象(涉及屈服、强化、冷作硬化和颈缩等现象),并绘制拉伸图。4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸机械性能特点。使用设备万能实验机、游标卡尺、试样分划器或钢筋标距仪试样图21 机加工圆截面拉伸试样本实验采用经机加工直径d =10 mm圆形截面比例试样,其是依照国家实验规范规定进行加工。它有夹持、过渡和平行三某些构成(见图21),它夹持某些稍大,其形状和尺寸应依照试样大小、材料特性、实验目以
2、及实验机夹具形状和构造设计,但必要保证轴向拉伸力。其夹持某些长度至少应为楔形夹具长度3/4(实验机配有各种夹头,对于圆形试样普通采用楔形夹板夹头,夹板表面制成凸纹,以便夹牢试样)。机加工带头试样过渡某些是圆角,与平行某些光滑连接,以保证试样破坏时断口在平行某些。平行某些长度Lc按现行国标中规定取Lo+d ,Lo是试样中部测量变形长度,称为原始标距。实验原理按国内当前执行国家GB/T 228原则金属材料 室温拉伸实验办法规定,在室温1035范畴内进行实验。将试样安装在实验机夹头中,然后开动实验机,使试样受到缓慢增长拉力(应依照材料性能和实验目拟定拉伸速度),直到拉断为止,并运用实验机自动绘图装置
3、绘出材料拉伸图(图22所示)。应当指出,实验机自动绘图装置绘出拉伸变形L重要是整个试样(不只是标距某些)伸长,还涉及机器弹性变形和试样在夹头中滑动等因素。由于试样开始受力时,头部在夹头内滑动较大,故绘出拉伸图最初一段是曲线。(a)低碳钢拉伸曲线图 (b)铸铁拉伸曲线图图22 由实验机绘图装置绘出拉伸曲线图1、低碳钢(典型塑性材料)当拉力较小时,试样伸长量与力成正比增长,保持直线关系,拉力超过FP后拉伸曲线将由直变曲。保持直线关系最大拉力就是材料比例极限力值FP 。在FP上方附近有一点是Fc,若拉力不大于Fc而卸载时,卸载后试样立即恢复原状,若拉力不不大于Fc后再卸载,则试件只能某些恢复,保存残
4、存变形即为塑性变形,因而Fc是代表材料弹性极限力值。图23 低碳钢冷作硬化当拉力增长到一定限度时,实验机示力指针(积极针)开始摆动或停止不动,拉伸图上浮现锯齿状或平台,这阐明此时试样所受拉力几乎不变但变形却在继续,这种现象称为材料屈服。低碳钢屈服阶段常呈锯齿状,其上屈服点B受变形速度及试样形式等因素影响较大,而下屈服点B则比较稳定(因而工程上常以其下屈服点B所相应力值FeL作为材料屈服时力值)。拟定屈服力值时,必要注意观测读数表盘上测力指针转动状况,读取测力度盘指针初次回转前批示最大力FeH(上屈服荷载)和不计初瞬时效应时屈服阶段中最小力FeL(下屈服荷载)或初次停止转动批示恒定力FeL(下屈
5、服荷载),将其分别除以试样原始横截面积(S0)便可得到上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。即ReH= FeH/S0 ReL = FeL/S0屈服阶段过后,虽然变形仍继续增大,但力值也随之增长,拉伸曲线又继续上升,这阐明材料又恢复了抵抗变形能力,这种现象称为材料强化。在强化阶段内,试样变形重要是塑性变形,比弹性阶段内试样变形大得多,在达到最大力Fm之前,试样标距范畴内变形是均匀,拉伸曲线是一段平缓上升曲线,这时可明显地看到整个试样横向尺寸在缩小。此最大力Fm为材料抗拉强度力值,由公式Rm=Fm/S0 即可得到材料抗拉强度Rm。如果在材料强化阶段内卸载后再加载,直到试样拉断,则所得到曲线如图23所
6、示。卸载时曲线并不沿原拉伸曲线卸回,而是沿近乎平行于弹性阶段直线卸回,这阐明卸载前试样中除了有塑性变形外,尚有一某些弹性变形;卸载后再继续加载,曲线几乎沿卸载途径变化,然后继续强化变形,就像没有卸载同样,这种现象称为材料冷作硬化。显然,冷作硬化提高了材料比例极限和屈服极限,但材料塑性却相应减少。当荷载达到最大力Fm后,示力指针由最大力Fm缓慢回转时,试样上某一部位开始产生局部伸长和颈缩,在颈缩发生部位,横截面面积急剧缩小,继续拉伸所需力也迅速减小,拉伸曲线开始下降,直至试样断裂。此时通过测量试样断裂后标距长度Lu和断口处最小直径du,计算断后最小截面积(Su),由计算公式 、 即可得到试样断后
7、伸长率A和断面收缩率Z。2、铸铁(典型脆性材料)脆性材料是指断后伸长率A5 材料,其从开始承受拉力直至试样被拉断,变形都很小。并且,大多数脆性材料在拉伸时应力应变曲线上都没有明显直线段,几乎没有塑性变形,也不会浮现屈服和颈缩等现象(如图22b所示),只有断裂时应力值强度极限。铸铁试样在承受拉力、变形极小时,就达到最大力Fm而突然发生断裂,其抗拉强度也远不大于低碳钢抗拉强度。同样,由公式Rm=Fm/S0 即可得到其抗拉强度Rm,而由公式 则可求得其断后伸长率A。实验环节一、低碳钢拉伸实验1、试样准备:为了便于观测标距范畴内沿轴向变形状况,用试样分划器或标距仪在试样标距L0 范畴内每隔5 mm刻划
8、一标记点(注意标记刻划不应影响试样断裂),将试样标距段提成十等份。 用游标卡尺测量标距两端和中间三个横截面处直径,在每一横截面处沿互相垂直两个方向各测一次取其平均值,用三个平均值中最小者计算试样原始横截面积S0(计算时S0应至少保存四位有效数字)。2、实验机准备:依照低碳钢抗拉强度Rm和试样原始横截面积S0预计实验所需最大荷载,并据此选取适当量程,配上相应砝码砣,做好实验机调零(注意:应消除实验机工作平台自重)、安装绘图纸笔等准备工作。3、装夹试样:先将试样安装在实验机上夹头内,再移动实验机下夹头(或工作平台、或实验机横梁)使其达到恰当位置,并把试样下端夹紧(注意:应尽量将试样夹持段所有夹在夹
9、头内,并且上下要对称。完毕此步操作时切忌在装夹试样时对试样加上了荷载)。4、检查试车:请教师检查以上环节完毕状况,然后启动实验机,预加少量荷载后(相应应力不能超过材料比例极限),卸载回至零点,以检查实验机工作与否正常。同步消除试样在夹头中滑移对绘制拉伸图曲线影响。5、进行实验:开动实验机使之缓慢匀速加载(根据规范规定,在屈服前以660 MPa/s速率加载),并注意观测示力指针转动、自动绘图状况和相应实验现象。当积极针不动或倒退时阐明材料开始屈服,记录上屈服点FeH(积极针初次回转前最大力)和下屈服点FeL(屈服过程中不计初始瞬时效应时最小力或积极针初次停止转动恒定力),详细状况如图24所示(阐
10、明:前所给出加载速率是国标中规定测定上屈服点时应采用速率,在测定下屈服点时,平行长度内应变速率应在0.000250.0025s之间,并应尽量保持恒定。如果不能直接控制这一速率,则应固定屈服开始前应力速率直至屈服阶段完毕)。图24 屈服荷载拟定依照国标规定,材料屈服过后,实验机速率应使试样平行长度内应变速率不超过0.008/s。在此条件下继续加载,并注意观测积极针转动、自动绘图状况和相应实验现象(强化、冷作硬化和颈缩等现象在强化阶段任一位置卸载后再加载进行冷作硬化现象观测;此后,待积极针再次停止转动而缓慢回转时,材料进入颈缩阶段,注意观测试样颈缩现象),直至试样断裂停车。记录所加最大荷载Fm(从
11、动针最后停留位置)。6、试样断后尺寸测定:取出试样断体,观测断口状况和位置。将试样在断裂处紧密对接在一起,并尽量使其轴线处在同始终线上,测量断后标距Lu和颈处最小直径du(应沿互相垂直两个方向各测一次取其平均值),计算断后最小横截面积Su。图25 移位法测量Lu注意:在测定Lu时,若断口到最临近标距端点距离不不大于1/3L0,则直接测量标距两端点距离;若断口到最临近标距端点距离不大于1/3L0,则按图25所示移位法测定:符合图(a)状况,Lu=AC+BC,符合图(b)状况,Lu=AC1+BC;若断口非常接近试样两端,而其到最临近标距端点距离还局限性两等份,且测得断后伸长率不大于规定值,则实验成
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