低碳钢和铸铁的拉伸实验
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验
一、实验目的要求
１．测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极
限b σ。
２．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（L F ?-曲
线）。
３．比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
二、实验设备和仪器
CMT5504/5105电子万能试验机、游标卡尺等
图1-1 CMT5504/5105电子万能试验机
三、拉伸试件
金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。
为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即d l 5=或d l 10=。
对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为A l 3.11=或A l 65.5=，A 为标距段内的截面积。
低碳钢拉伸
铸铁拉伸
图1-2 拉伸试件
四、实验原理和方法
1．低碳钢拉伸实验
低碳钢试件在静拉伸试验中，通常可直接得到拉伸曲线，如图1—3所示。用准确的拉
σ-曲线。首先将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓伸曲线可直接换算出应力应变ε
慢加载(加载速度对力学性能是有影响的，速度越快，所测的强度值就越高)，试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。
图1-3 低碳钢拉伸曲线
OA段，没有任何残留变形。在弹性阶段，载荷与变形
(1) 弹性阶段是指拉伸图上的'
是同时存在的，当载荷卸去后变形也就恢复。在弹性阶段，存在一比例极限点A，对应的应σ，此部分载荷与变形是成比例的。
力为比例极限
p
(2) 屈服阶段对应拉伸图上的BC段。金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志，是由切应力引起的。在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。这种载荷在一定范围内波动而试件还继续变形伸长的现象称为屈服现象。屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点。低碳钢材料存在上屈服点和下屈服点，不加说明，一般都是指下
F，即试件发生屈服而力首次下降前的最屈服点。上屈服点对应拉伸图中的B点，记为
SU
F，是指不计初始瞬时效应的屈服阶段中的最小力值，注意这里的大力值。下屈服点记为
SL
初始瞬时效应对于液压摆式万能试验机由于摆的回摆惯性尤其明显，而对于电子万能试验机或液压伺服试验机不明显。
图 1-4 常见屈服曲线
一般通过指针法或图示法来确定屈服点，综合起来具体做法可概括为：当屈服出现一对峰谷时，则对应于谷低点的位置就是屈服点；当屈服阶段出现多个波动峰谷时，则除去第一个谷值后所余最小谷值点就是屈服点。图1-4给出了几种常见屈服现象和SL F 、SU F 的确定方法。用上述方法测得屈服载荷，分别用式(1-1)、式(1-2)、式(1—3)计算出屈服点、下屈服点和上屈服点。
S σ=0/A F (1-1)
SL σ=0/A F SL (1-2) SU σ=0/A F SU (1-3)
(3) 强化阶段 对应于拉伸图中的CD 段。变形强化标志着材料抵抗继续变形的能力在增强。这也表明材料要继续变形，就要不断增加载荷。在强化阶段如果卸载，弹性变形会随之消失，塑性变形将会永久保留下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后重新加载时，加载线仍与弹性阶段平行。重新加载后，材料的比例极限明显提高，而塑性性能会相应下降。这种现象称之为冷作硬化。冷作硬化是金属材料的宝贵性质之一。工程中利用冷作硬化工艺的例子很多，如挤压、冷拔等。D 点是拉伸曲线的最高点，载荷为b F ，对应的应力是材料的强度极限或抗拉极限，记为b σ，用式（1-4）计算
b σ=0/A F b (1-4) (4) 颈缩阶段 对应于拉伸图的DE 段。载荷达到最大值后，塑性变形开始局部进行。
这是因为在最大载荷点以后，冷作硬化跟不上变形的发展，由于材料本身缺陷的存在，于是均匀变形转化为集中变形，导致形成颈缩。颈缩阶段，承载面积急剧减小，试件承受的载荷也不断下降，直至断裂。断裂后，试件的弹性变形消失，塑性变形则永久保留在破断的试件上。材料的塑性性能通常用试件断后残留的变形来衡量。轴向拉伸的塑性性能通常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示，计算公式为
%100/)(001?-=l l l δ (1-5) %100/)(010?-=A A A ψ (1-6) 式中，0l 、0A 分别表示试件的原始标距和原始面积；1l 、1A 分别表示试件标距的断后长度和断口面积。塑性材料颈缩部分的变形在总变形中占很大比例，研究表明，低碳钢试件颈缩部分的变形占塑性变形的80％左右，见图1-5。测定断后伸长率时，颈缩部分及其影响区的塑性变形都包含在1l 之内，这就要求断口位置到最邻近的标距线大于3/0l ，此时可直接测量试件标距两端的距离得到1l 。否则就要用移位法使断口居于标距的中央附近。若断口落在标距之外则试验无效。
2．铸铁拉伸实验
铸铁是典型的脆性材料，拉伸曲线如图1-7所示，可以近似认为经弹性阶段直接断裂。断裂面平齐且为闪光的结晶状组织，说明是由拉应力引起的。其强度指标也只有抗拉强度b σ，用实验测得的最大力值b F ，除以试件的原始面积0A ，就得到铸铁的抗拉强度b σ，即
b σ=b F / 0A (1-7)
图1-7 铸铁拉伸曲线图
五、实验方法与步骤
（一）、拉伸实验：
１、低碳钢的试件的准备：在试件中段取标距5l d =既50mm 在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d （在每处的两个互相垂直的方向各测一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。铸铁拉伸试件的准备用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d 取最小值作为计算试件横截面面积用。
２、操作步骤：
1）、开电脑显示器电源，开控制器电源，开主机电源；
2）、鼠标点击CMT5504/5105电子万能试验机SANS 图标，进入联机参数界面，进入控
制操作界面；
3）、点击右侧上下按键使横梁上下移动至和适位置；
4）、根据试样形式装上相应夹头；
5）、设定试验方案和试验参数；
6）、传感器初值置零；
7）、点击(运行)按钮，开始试验，试验结束自动停止，点击生成试验报告；
8）、安装下一根试样，重复步骤8），直到所有试样全部试验结束；
9）、打印试验报告；
10）、关主机，关电脑显示器电源，关控制器电源，取下拉断的试件，将断裂的试件紧对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度1l ，按下式可计算出低碳钢的延伸率
100
100%l l δl -=? 将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口（细颈）处的直径1d ，计算出面积1A ；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率 ，
010
100%A A ψA -=
? 11）、清理试验现场。
二）、注意事项： 1、更换试样夹持装置时，注意装置重心，防止装置倾倒砸伤人员或砸坏试验机；
2、安装试样时注意尽可能对中；
3、试验时在试样周围设置护栏，以防试样断裂瞬间飞出伤人；
4、试验过程中发现意外情况，立即按下试验机机座上的红色急停按钮，请试验机管理人员检查。
5、试验完毕清理并恢复试验现场，请试验机管理人员检查试验机状况，做好试验记录。
六、实验结果处理
以表格的形式处理实验结果。根据记录的原始数据，计算出低碳钢的S σ、b σ、δ和ψ，铸铁的抗拉强度b σ和抗压强度bc σ。将计算结果填入实验报告表。
七、思考题
（1） 由实验现象和结果比较低碳钢和铸铁的机械性能有何不同？
（2） 实验时如何观察低碳钢的屈服极限？
（3） 材料相同而标距分别为5d 和10d 的两种试件，其b s σσψδ、、、是否相同？为什
么？
八、实验报告格式(仅供参考)
实验名称： 班级： 实验日期：
报告人： 同组者：
（1）实验目的：
（2）实验设备和工具：
试验机名称： 型号： 读数精度：
量具名称： 型号： 规格精度
（3）实验原理方法简述：
（4）实验步骤简述：
（5）实验数据和结果处理(见表1-1拉伸试件尺寸表和表1-2实验数据和处理结果。）
（6）根据实验结果绘制应力一应变曲线，以及试样断口草图。
（7）分析讨论和回答思考题。
实验二低碳钢和铸铁的压缩实验
一、实验目的
（1）比较低碳钢和铸铁压缩变形和破坏现象。
（2）测定低碳钢的屈服极限σs和铸铁的强度极限σb。
（3）比较铸铁在拉伸和压缩两种受力形式下的机械性能、分析其破坏原因。
（4）熟悉压力试验机和万能试验机的使用方法。
一、实验仪器和设备
（1）CMT5504/5105电子万能试验机。
（2）游标卡尺。
三、试件介绍
根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形试件。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为3：2，铸铁压缩试件的高度和直径的比例为2：1。试件均为圆柱体。
四、实验原理及方法
压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料等脆性材料尤为合适。通过压缩实验观察材料的变形过程、破坏形式，并与拉伸实验进行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材料的机械性能有比较全面的认识。
低碳钢压缩时也会发生屈服，但并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。因此，在测定Ps 时要特别注意观察。在缓慢均匀加载下，当材料发生屈服时，读数增加缓慢甚至减小，这时对应的载荷即为屈服载荷Ps。屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横截面增大时，其实际应力不随外载荷增加
，所以在实验中是以变形来控而增加，故不可能得到最大载荷P b,因此也得不到强度极限
b
制加载的。
铸铁试件压缩时，在达到最大载荷P b前出现较明显的变形然后破裂，此时试验机读数迅速减小，读取最大载荷P b值，铸铁试件最后略呈变形，断裂面与试件轴线大约呈450。
五、实验步骤
1）测量试件的直径和高度。测量试件两端及中部三处的截面直径，取三处中最小一处的平均直径计算横截面面积。
实验一 低碳钢及铸铁的拉伸试验
实验一 低碳钢及铸铁的拉伸试验 一、实验目的 1、通过拉伸破坏试验观察、分析低碳钢和铸铁的拉伸过程，比较其机械性能。 2、测定材料的强度指标和塑性指标。 二、实验设备 1、WEW-600屏显万能材料试验机或WE-B600液压万能材料试验机 2、千分尺、游标卡尺、直钢尺 三、试样的制备 一般拉伸试样由三部分组成，即工作部分、过渡部分和夹持部分。工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态。均匀部分的有效工作长度L 0称做标距，d 0、A 0分别代表工作部分的直径和面积,它们的 关系规定为L 0= k 0A 。为了使各种材料试件的尺寸和形状按国家统一规定，取试件直径d 0=10mm 标距L 0=10d 0或L 0=5d 0。 四、实验原理及方法 常温下的拉伸实验可以测定材料的弹性模量E 、屈服极限σs 、强度极限σb 、延伸率δ和断面收缩率Ψ等力学性能指标，这些参数都是工程设计的重要依据。 1、低碳钢弹性模量E 的测定 由材料力学可知，弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即 E=εσ 因为σ=P /A, ε=ΔL/L 0，所以弹性模量E 又可表示为 E=L A PL 0 ? 式中： E —材料的弹性模量，σ —应力，ε —应变，P —实验时所施加的载荷 A —以试件直径的平均值计算的横截面面积，L 0—引伸仪标距 ΔL —试件在载荷P 作用下，标距L 0段的伸长量。 可见在弹性变形范围内，对试件作用拉力P ，并量出拉力P 引起的标距内伸长ΔL ，即可求得弹性模量E 。
实验时，如使用WEW-600屏显万能材料试验机，它采用电子测量技术，由计算机对数据进行处理，屏幕显示试验力和变形。 如使用WE-B600液压万能材料试验机，拉力P 值由试验机读数盘示出，标距L 0=50mm （不同引伸仪标距不同），试件横截面面积A 可算出，只要测出标距段的伸长量ΔL ，就可得到弹性模量E 。 在弹性变形阶段内试件的变形很小，标距段的变形（伸长量ΔL ）需用放大倍数为200倍的球铰式引伸仪来测量。为检验载荷与变形之间的关系是否符合胡克定律，并减少测量误差，实验时一般用等增量法加载，即把载荷分成若干个等级，每次增加相同的载荷ΔP ，逐级加载。为保证应力不超出弹性范围，以屈服载荷的70%-80%作为测定弹性模量的最高载荷n P 。此外，为使试验机夹紧试件，消除试验机构的间隙等因素的影响，对试件应施加一个初始载荷P 0（本实验中P 0=2.0KN ）。 实验过程中，从P 0到 n P 逐级加载，载荷的每级增量均为ΔP 。对应着每级载荷P i ，记录相应的伸长i L ?，1+?i L 与i L ?之差即为变形增量()i L ??，它是p ?引起的变形（伸长） 增量。在逐级加载中，如果得到的 ()i L ??基本相等，则表明ΔL 与P 为线性关系，符合虎克定理。完成一次加载过程，将得到P i 和i L ?的一组数据，按平均法计算弹性模量，即 ()L A L P E ??????=0200其中[]()i n i L n L ∑=??=??11为变形增量的 平均值；200为测量变形的放大倍数。 2、 屈服极限σs 、强度极限σb 的测定 测定弹模后继续加载使材料到屈服阶段，进入屈服阶段时，载荷常有上下波动，其中较大的载荷称为上屈服点，较小的称为下屈服点。一般用第一个波峰的下屈服点表示材料的屈服载荷P S ，它所对应的应力为屈服极限σs 。 屈服阶段过后，材料进入强化阶段，试件又恢复了承载能力。载荷达到最大值P b 时，试件某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象。这时载荷迅速下降，试件即将被拉断，这时所示的载荷即为破坏载荷P b ，它所对应的应力叫强度极限σb 。 即 0A P s s = σ， 0A P s s =σ 其中20041d A π=，0d 为最小直径。 3、 延伸率δ和断面收缩率Ψ的测定
低碳钢和铸铁的拉伸实验
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验 一、实验目的要求 １．测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极 限b σ。 ２．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（L F ?-曲 线）。 ３．比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 二、实验设备和仪器 CMT5504/5105电子万能试验机、游标卡尺等 图1-1 CMT5504/5105电子万能试验机
三、拉伸试件 金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。 为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即d l 5=或d l 10=。 对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为A l 3.11=或A l 65.5=，A 为标距段内的截面积。 低碳钢拉伸 铸铁拉伸 图1-2 拉伸试件
四、实验原理和方法 1．低碳钢拉伸实验 低碳钢试件在静拉伸试验中，通常可直接得到拉伸曲线，如图1—3所示。用准确的拉 σ-曲线。首先将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓伸曲线可直接换算出应力应变ε 慢加载(加载速度对力学性能是有影响的，速度越快，所测的强度值就越高)，试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。 图1-3 低碳钢拉伸曲线 OA段，没有任何残留变形。在弹性阶段，载荷与变形 (1) 弹性阶段是指拉伸图上的' 是同时存在的，当载荷卸去后变形也就恢复。在弹性阶段，存在一比例极限点A，对应的应σ，此部分载荷与变形是成比例的。 力为比例极限 p (2) 屈服阶段对应拉伸图上的BC段。金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志，是由切应力引起的。在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。这种载荷在一定范围内波动而试件还继续变形伸长的现象称为屈服现象。屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点。低碳钢材料存在上屈服点和下屈服点，不加说明，一般都是指下 F，即试件发生屈服而力首次下降前的最屈服点。上屈服点对应拉伸图中的B点，记为 SU F，是指不计初始瞬时效应的屈服阶段中的最小力值，注意这里的大力值。下屈服点记为 SL 初始瞬时效应对于液压摆式万能试验机由于摆的回摆惯性尤其明显，而对于电子万能试验机或液压伺服试验机不明显。
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 σ，强度极限bσ，延伸率δ，断面收缩率ψ。 s 2、测定铸铁的强度极限 σ。 b 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： σe
（1）弹性阶段（Ob段） 在拉伸的初始阶段，ζ-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（ζ p ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。 线性阶段后，ζ-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（ζ 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（ζ 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（ζ 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ζ 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ζ 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
低碳钢和铸铁拉伸试验.docx
实验编号2 低碳钢和铸铁的拉伸实验 低碳钢和铸铁拉伸试验 概述 常温，静载下的轴向拉伸试验是材料力学实验中最基本，应用最广泛的实验。通过拉伸试验，可以全面地测定材料地力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。弹性模量E是表征材料力学性能中弹性的重要指标之一，它反映了材料抵抗弹性变形的能力。这些性能指标对材料力学地分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有极其重要的作用。 二、实验目的 1、测定低碳钢的下屈服点δSL 、抗拉强度δb、断后伸长率δ、断面收缩率ψ 2、验证虎克定律，测定低碳钢的弹性模量E 3、测定铸铁的抗拉强度δb 4、观察分析两种材料在拉伸过程中的各种现象 5、学习自动绘制σ—ε曲线及微机控制电子万能实验机、电子引伸计的 操作 三、实验设备和仪器 1、微机控制电子万能实验机(IOT) 2、游标卡尺 3、低碳钢和铸铁圆形拉伸试样 四、实验原理 1、低碳钢拉伸 低碳钢拉伸实验过程分四个阶段： (1)、弹性阶段OE在此阶段中的OP段拉力和伸长成正比关系，表明钢材的应力和应 变为线性关系。完全遵循虎克定律δ= Eε，故点P的应力δP称为材料的比例极限。 如图1-1所示，当应力继续增加达到材料的弹性极限δ E 对应的E点时，应力和应变间的关系不再是线性关系，但变形仍然是弹性的，即卸除拉力后变形完全消失，工程上对弹性极限和比例极限不严格的区分它们。 (2)、屈服阶段ES,当应力超过弹性极限到达S点时，应变有明显的增加，而应力 先是下降，然后作微小的波动，在σ—ε曲线上出现锯齿形线段。这种应力基本保持不变，而应变显著增加的现象，称为屈服。在屈服阶段内的最高应力和最低应力分别称为上屈服极限和下屈服极限。上屈服极限的数值与试样形状、加载速度等因素有关，一般不稳定。下屈服极限则有比较稳定的数值，能够反应材料的性能。通常把下屈服极限称为屈服极限或屈服点，用δSL来表示。屈服应力是衡量材料强度的一个重要指标。其计算公式为δSL=F S L/A O
低碳钢和铸铁拉伸和压缩试验
低碳钢和铸铁拉伸压缩实验报告 摘要：材料的力学性能也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现的变形、破坏等方面的特性。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 关键字：低碳钢 铸铁 拉伸压缩实验 破坏机理 一．拉伸实验 1. 低碳钢拉伸实验 拉伸实验试件 低碳钢拉伸图 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：
低碳钢拉伸应力-应变曲线 （1）弹性阶段（Ob段） 在拉伸的初始阶段，ζ-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（ζ p ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。 线性阶段后，ζ-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（ζ 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（ζ 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（ζ 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ζ 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ζ 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L变为L1。用百分比表示的比值 δ=（L1-L）/L*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A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
哈工大—低碳钢拉伸试验
试验一 金属材料的拉伸与压缩试验 1.1概 述 拉伸实验是材料力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。例如：弹性模量E 、比例极限R p 、上和下屈服强度R eH 和R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、收缩率Z 。除此而外，通过拉伸实验的结果，往往还可以大致判定某种其它机械性能，如硬度等。 我们以两种材料——低碳钢，铸铁做拉伸试验，以便对于塑性材料和脆性材料的力学机械性能进行比较。 这个实验是研究材料在静载和常温条件下的拉断过程。利用电子万能材料试验机自动绘出的载荷——变形图，及试验前后试件的尺寸来确定其机械性能。 试件的形式和尺寸对实验的结果有很大影响，就是同一材料由于试件的计算长度不同，其延伸率变动的范围就很大。例如： 对45#钢：当L 0＝10d 0时（L 0为试件计算长度，d 0为直径），延伸率A 10＝24~29%，当L 0＝5d 0时，A 5＝23~25%。 为了能够准确的比较材料的性质，对拉伸试件的尺寸有一定的标准规定。按国标GB/T228-2002、GB/P7314-1987的要求，拉伸试件一般采用下面两种形式： 图1.1 1. 10倍试件； 圆形截面时，L 0＝10d 0 矩形截面时，L 0＝11.3 0S 2. 5倍试件 圆形截面时，L 0＝5d 矩形截面时, L 0＝5.65 0S =π0 45S d 0——试验前试件计算部分的直径； S 0——试验前试件计算部分断面面积。 此外，试件的表面要求一定的光洁度。光洁度对屈服点有影响。因此，试件表面不应有刻痕、切口、翘曲及淬火裂纹痕迹等。 1.2拉伸实验 一、实验目的： 1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。 2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R p 、下屈服强度R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、断面收缩率Z 等等）。 3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。 二、实验原理： 拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。在单向拉伸时F —ΔL （力——变形）曲线的形式代表了不同材料的力学性能，利用： 0F S σ= 0L L ε?= 可得到σ—ε曲线关系。
低碳钢、铸铁拉伸试验
低碳钢、铸铁拉伸试验 一、实验目的 本试验以低碳钢和铸铁为代表，了解塑性材料在简单拉伸时的机械性质。它是力学性能试验中最基本最常用的一个。一般工厂及工程建设单位都广泛利用该实验结果来检验材料的机械性能。试验提供的 E ，R eL ，R m ，A 和Z 等指标，是评定材质和进行强度、刚度计算的重要依据。本试验具体要求为： 1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。 2．测定强度数据，如屈服点R eL ，抗拉强度R m 。 3．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率A ，截面收缩率Z 。 4．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。 二、实验原理 进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。一般试验机都设有自动绘图装置，用以记录试样的拉伸图即F-ΔL 曲线，形象地体现了材料变形特点以及各阶段受力和变形的关系。但是F-ΔL 曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。因此，拉伸图往往用名义应力、应变曲线(即R-ε曲线)来表示： 0F R S = ——试样的名义应力 L L ?=ε——试样的名义应变 S 0和L 0分别代表初始条件下的面积和标距。R-ε曲线与F-ΔL 曲线相似，但消除了几何尺寸的影响。因此，能代表材料的属性。单向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在R-ε曲线上定义的。如果试验能提供一条精确的拉伸图，那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地测定。 不同性质的材料拉伸过程也不同，其R-ε曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质截然不同的两种典型材料，它们的拉伸曲线在工程材料中十分典型，掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。 低碳钢具有良好的塑性，由R-ε曲线（图1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 R E ε= （1-1） 比例系数E 代表直线OA 的斜率，称作材料的弹性模量。 屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点（B ˊ)作为材料屈服极限R eL 。R eL 是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过R eL ，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限R eL 作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能教学内容
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能
低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能 根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 1、低碳钢拉伸实验 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能： （1）弹性阶段 在拉伸的初始阶段，ζ-ε曲线为一直线，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（ζp ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E 。线性阶段后，ζ-ε曲线不为直线，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（ζe ），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 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（ζs ）。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面 1 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 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，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（ζb ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷 Fb 。 （4）局部变形阶段 试样拉伸达到强度极限ζb 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ζb 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 2
实验二低碳钢和铸铁的压缩实验
实验二金属材料（低碳钢和铸铁）的压缩实验 一、实验目的 （1）比较低碳钢和铸铁压缩变形和破坏现象。 （2）测定低碳钢的屈服极限σs和铸铁的强度极限σb。 （3）比较铸铁在拉伸和压缩两种受力形式下的机械性能、分析其破坏原因。 二、验仪器和设备 （1）万能材料试验机。 （2）游标卡尺。 三、试件介绍 根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形试件。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为3：2，铸铁压缩试件的高度和直径的比例为2：1。试件均为圆柱体。 四、实验原理及方法 压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料等脆性材料尤为合适。通过压缩实验观察材料的变形过程、破坏形式，并与拉伸实验进行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材料的机械性能有比较全面的认识。 压缩试验在压力试验机上进行。当试件受压时，其上下两端面与试验机支撑之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。摩擦力的存在会
影响试件的抗压能力甚至破坏形式。为了尽量减少摩擦力的影响，实验时试件两端必须保证平行，并与轴线垂直，使试件受轴向压力。另外。端面加工应有较高的光洁度。 低碳钢压缩时也会发生屈服，但并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。因此，在测定Ps 时要特别注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针等速转动，当材料发生屈服时，测力指针转动将减慢，甚至倒退。这时对应的载荷即为屈服载荷Ps。屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横截面增 ,因此也得不到强度极大时，其实际应力不随外载荷增加而增加，故不可能得到最大载荷P b ，所以在实验中是以变形来控制加载的。 限 b 前出现较明显的变形然后破裂，此时试验机测力铸铁试件压缩时，在达到最大载荷P b 指针迅速倒退，从动针读取最大载荷P 值，铸铁试件最后略呈故形，断裂面与试件轴线大 b 约呈450。 图2—2 低碳钢压缩图铸铁压缩图 五、实验步骤 （1）试验机准备。根据估算的最大载荷，选择合适的示力度盘（量程）按相应的操作规程进行操作。 （2）测量试件的直径和高度。测量试件两端及中部三处的截面直径，取三处中最小一处的平均直径计算横截面面积。 （3）将试件放在试验机活动台球形支撑板中心处。 （4）开动试验机，使活动台上升，对试件进行缓慢均匀加载，加载速度为0.5mm/min。对于低碳钢，要及时记录其屈服载荷，超过屈服载荷后，继续加载，将试件压成鼓形即可停
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能 低碳钢具有良好的塑性，由R-ε曲线（图1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 比例系数E代表直线（OA) 的斜率，称作材料的弹性模量。 屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点（Bˊ)作为材料屈服极限ReL。ReL是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过ReL，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限ReL作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。 强化阶段（CD)：屈服阶段结束后，R-ε曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗能力，载荷就必须不断增长。如果在这一阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶段平行，但重新加载后，材料的弹性阶段加长、屈服强度明显提高，而塑性却相应下降。这种现象称作为形变强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。塑性变形和形变强化二者联合，是强化金属材料的重要手段。例如喷丸，挤压，冷拨等工艺，就是利用材料的冷作硬化来提高材料强度的。强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。随塑性变形的增长，试样表面的滑移线亦愈趋明显。D点是R-ε曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度记作Rm。对低碳钢来说Rm是材料均匀塑性变形的最大抗力，是材料进入颈缩阶段的标志。
试验一低碳钢铸铁的拉伸试验
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σ s、强度极限σ b、延伸率δ和截面收缩率ψ，铸铁拉伸时的 强度极限σ b。 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： 由于试样的形状和尺寸对实验结果有一定影响， 图 2.7 分别表示横截面为圆形和矩形的拉伸试样。 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。比例试样的标距面A0 的关系规定为 L0 k A0 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， L0 5.65 A0 =5d 0 ；对长试样，L0 11.3 A0 10d0 。本实验室采用的是长试样。非比例试样的L0 为便于互相比较，应按统一规定加工成标准试 样。 L0是测量试样伸长的长度，称为原始标距。按现行 L与原始横截 2.2) 拉伸试样 图 2.7
和 A 0 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Ｌ 0＋ d 0；矩形截面试样Ｌ不小于Ｌ 0＋ b 0/2。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 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σ p ，屈服极限 σ s （或规定非比例伸长应力） ，抗拉强度σ b ，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 1）、屈服极限σ s 及抗拉强度σ b 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Ｐ sl ，除以试样 的初始横截面面积Ａ 0，作为屈服极限σ s ，即 Psl s ＝ A 0 若试验机由示力度盘和指针指示载荷， 指针停止前进， 并开始倒退， 这时应 注意指针的波动情况， 针所指的最低载荷 P sl 。 屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了抵抗继 的能力（图 2.8）。载荷到达最大值 P b 时，试样某一局部 明显缩小，出现“缩颈”现象。这时示力度盘的从动针停 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。 拉强度σ b ，即 P b b A 0 2）伸长率δ及截面收缩率ψ的测定 试样的标距原长 为Ｌ 0，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Ｌ 1，断后伸长率应为 2.3) 则在进入屈服阶段 2.4) δ＝ L1 L0 ×１００％ L 0 (2.5)
低碳钢拉伸试验(工程力学实践)参考答案
低碳钢拉伸试验 实验前数据：1、低碳钢：l0=100，d0=10+学号后三位÷1000 2、铸铁：l0=100，d0=10+学号后三位÷1000 试验后数据：1、低碳钢：l1=l0+学号后三位÷10， d1=6+学号后三位÷1000， P s=22+学号后三位÷1000，P b=33+学号后三位÷1000 2、铸铁：l1≈l0，d1=d0+0.02 P b=14+学号后三位÷1000
答:拉伸实验中试样的延伸率的大小同试样的材料有关，也与试件的标距有关，另外试件局部变形较大的断口部分，在不同长度的标距中所占比例也不同，因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件，这样其有关性质才具可比性。 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外)。 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性，低碳钢延伸率大表现为塑
性；低碳钢具有明显的线弹性阶段、屈服阶段、局部颈缩阶段，而铸铁均无；低碳钢在变形到强化阶段有冷作硬化和冷作时效现象，而铸铁无。 低碳钢断口为直径缩小的杯锥状，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为平齐的横截面，断口组织为闪光的结晶状组织。 答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。 答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的 弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同 时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。 一、单项选择题 1 塑性材料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。试判断以下结论哪一个是正确的：_B_ (A) 屈服应力提高，弹性模量降低； (B) 屈服应力提高，塑性降低； (C) 屈服应力不变，弹性模量不变； (D) 屈服应力不变，塑性不变。 2 低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下4种答案，请判断哪一个是正确的：_B_ (A) 比例极限； (B) 屈服极限； (C) 强度极限； (D) 许用应力。 3 根据下图所示的三种材料试样的拉伸试验时的应力－应变曲线，得出如下四种结论，请判断哪一个是正确的：B_ (A) 强度极限σb1 = σb2＞σb3； 弹性模量E1 > E2 > E3； 延伸率δ1 > δ2 > δ3； (B) 强度极限σb2 > σb1＞σb3； 弹性模量E2 > E1 > E3； 延伸率δ1 > δ2 > δ3； (C) 强度极限σb1 = σb3＞σb2； 弹性模量E3 > E1 > E2； 延伸率δ3 > δ2 > δ1； (D) 强度极限σb1 = σb2＞σb3；； 弹性模量E2 > E1 > E3； 延伸率δ2 > δ1 > δ3； 4 关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，请判断哪一个是正确的：_C__
低碳钢和铸铁拉伸实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除低碳钢和铸铁拉伸实验报告 篇一：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?s，强度极限?b，延伸率?，断面收缩率?。 2、测定铸铁的强度极限?b。 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，ζ-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（ζp），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量e。 线性阶段后，ζ-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（ζe），一般对于钢等许多材料，其(:低碳钢和铸铁拉伸实验报告)弹性极
测定低碳钢和铸铁的拉伸力学性能
测定低碳钢和铸铁的拉伸力学性能 一、实验目的 本试验以低碳钢和铸铁为代表，了解塑性材料在简单拉伸时的机械性质。它是力学性能试验中最基本最常用的一个。一般工厂及工程建设单位都广泛利用该实验结果来检验材料的机械性能。试验提供的 E ，R eL ，R m ，A 和Z 等指标，是评定材质和进行强度、刚度计算的重要依据。本试验具体要求为： 1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。 2．测定强度数据，如屈服点R eL ，抗拉强度R m 。 3．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率A ，截面收缩率Z 。 4．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。 二、实验原理 进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。一般试验机都设有自动绘图装置，用以记录试样的拉伸图即F-ΔL 曲线，形象地体现了材料变形特点以及各阶段受力和变形的关系。但是F-ΔL 曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。因此，拉伸图往往用名义应力、应变曲线(即R-ε曲线)来表示： 0F R S = ——试样的名义应力 L L ?=ε——试样的名义应变 S 0和L 0分别代表初始条件下的面积和标距。R-ε曲线与F-ΔL 曲线相似，但消除了几何尺寸的影响。因此，能代表材料的属性。单向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在R-ε曲线上定义的。如果试验能提供一条精确的拉伸图，那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地测定。 不同性质的材料拉伸过程也不同，其R-ε曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质截然不同的两种典型材料，它们的拉伸曲线在工程材料中十分典型，掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。 低碳钢具有良好的塑性，由R-ε曲线（图1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 R E ε= （1-1） 比例系数E 代表直线OA 的斜率，称作材料的弹性模量。 屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点（B ˊ)作为材料屈服极限R eL 。R eL 是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过R eL ，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限R eL 作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。
实验二低碳钢和铸铁的压缩实验
实验二金属材料(低碳钢和铸铁)的压缩实验 、实验目的 (1)比较低碳钢和铸铁压缩变形和破坏现象。 (2)测定低碳钢的屈服极限 b s和铸铁的强度极限 b bo (3)比较铸铁在拉伸和压缩两种受力形式下的机械性能、分析其破坏原因 、验仪器和设备 (1)万能材料试验机。 (2)游标卡尺。 三、试件介绍 根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金届材料的压缩试件一般制成圆柱形试 件。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为3: 2,铸铁压缩试件的高度和直径的比 例为2: 1。试件均为圆柱体。 四、实验原理及方法 压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料等脆性材料尤为合适。通过压缩实验观察材料的变形过程、破坏形式，并与拉伸实验进行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材料的机械性能有比较全面的认识。 压缩试验在压力试验机上进行。当试件受压时，其上下两端面与试验机支撑之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。摩擦力的存在会影响试件的抗压能力甚至破坏形式。为了尽量减少摩擦力的影响，实验时试件两端必须保证平行，并与轴线垂直，使试件受轴向压力。另外。端面加工应有较高的光洁度。 低碳钢压缩时也会发生屈服，但并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。因此，在测定Ps时要特别注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针等速转动，当材料发生屈服时，测力指针转动将减慢，甚至倒退。这时对应的载荷即为屈服载荷Ps。屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横截面增大时，其实际应力不随外载荷增加而增加，故不可能得到最大载荷P b,因此也得不到强度极限b,所以在实验中是以变形来控制加载的。 铸铁试件压缩时，在达到最大载荷P b前出现较明显的变形然后破裂，此时试验机测力指针迅速倒退，从动针读取最大载荷Pb值，铸铁试件最后略呈故形，断裂面与试件轴线大约呈450。 五、实验步骤 (1)试验机准备。根据估算的最大载荷，选择合适的示力度盘(量程)按相应的操
(完整word版)低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能
低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 1.低碳钢拉伸实验 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：（1）弹性阶段 在拉伸的初始阶段，σ-ε曲线为一直线，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（σp），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，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（σe），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 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（σs）。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 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，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（σb），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。 （4）局部变形阶段 试样拉伸达到强度极限σb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σb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
试验一低碳钢铸铁的拉伸试验
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。L 0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L 0与原始横截面A 0的关系规定为 00A k L （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d 0的圆截面短试样，
0065.5A L ==5d 0；对长试样， 000103.11d A L ==。本实验室采用的是长试样。非比例试样的L 0 和A 0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＋d 0；矩形截面试样Ｌ不小于Ｌ0＋b 0/2。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 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 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 ＝ A Psl （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P sl 。 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P b 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留在P b 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P b 得抗拉强度σb ，即 A P b b = σ （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＝0 1L L L -×１００％ (2.5) 图2.8 低碳钢拉伸时的P-△L 曲线