低碳钢、铸铁的拉伸试验

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低碳钢拉伸试验

低碳钢拉伸试验是一种常见的材料力学试验方法，用于评估低碳（含碳量较低）钢材的力学性能。该试验可以通过加载样品并测量在拉伸过程中的应力和应变变化来确定材料的拉伸强度、屈服强度、延伸率等材料性能。

低碳钢拉伸试验一般遵循以下步骤：

1. 样品准备：将低碳钢材料切割成标准尺寸的试样，通常是矩形形状，并确保试样表面的光洁度。

2. 安装试样：将试样夹持在拉伸试验机上，确保试样的轴线与试验机加载方向一致。

3. 设定试验条件：根据材料规范要求，设定试验机的加载速度、试验温度等试验条件。 未知驱动探索，专注成就专业

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4. 开始试验：启动试验机，逐渐加载试样，记录加载过程中的应力和应变数据。

5. 测试数据分析：根据试验中记录的应力和应变数据，绘制应力-应变曲线。通过曲线的特征点，如屈服点、断裂点等，计算材料的拉伸强度、屈服强度、延伸率等力学性能指标。

低碳钢拉伸试验是评估材料强度和延展性的重要方法，能够为材料选择、设计和工程应用提供重要参考。

拉伸试验

实验时如何观察低碳钢的屈服点？测定时为何对加载速度提出要求？

第一种答：在实验中，当应力超过某一点增加到某一值时，应变有非常明显的增大，而应力是先下降，然后作微小的波动，在σ-ε曲线上出现接近水平的小锯齿形折线。像这种应力基本保持不变、而应变显著增加的现象就是屈服。在低碳钢试验时，我们可以边观察电脑屏幕上的 σ-ε曲线，当曲线出现以上现象时就代表低碳钢出现了屈服点。

在室温下，以缓慢平稳的加载方式进行试验，称为常温静载试验，是测定材料力学性能的基本实验。在进行荷载加载时，必须缓慢加载才可以达到常温静载试验的要求。假如加载速度过快，则会导致材料的各项数据短时间内发生剧烈变动，导致测量误差过大。

第二种答：若用老式的万能材料试验机，实验时超出弹性变形范围后，力盘指针会有一个回复过程 即来回摆动 而屈服点一般采取 下屈服点来纪录，所以只要记录下，指针的最大摆动回复位置的刻度指数就可以确定屈服点。

若采用新式机器，计算机会自动在实验结束后显示，屈服极限，和强度极限。

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。

用材料和直径相同而标距长度分别为5d和10d两种试件测定断后伸长率,实验结果有何差别?为什么?

答：

为何低碳钢压缩时测不出破坏荷载，而铸铁压缩时测不出屈服荷载？

低碳钢延伸率大，在承受压缩荷载时，起初变形较小，力的大小沿直线上升，载荷进一步加大时，试件被压成鼓形，最后压成饼形而不破坏，故其强度极限无法测定。也就是说低碳钢压缩时弹性模量E和屈服极限σS与拉伸时相同，不存在抗压强度极限。

铸铁是脆性材料其情况正好与低碳钢相反，没有屈服现象，所以压缩时测不出屈服载荷。

低碳钢拉伸试验

一、 试验目的

1． 测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能；

2． 测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。

二、试验原理

拉伸试验是评定金属材料性能的常用检测方法，可以测定试样的强度与塑性性能。

试验过程中用万能材料试验机拉伸试样，直至断裂；用游标卡尺量测试样的原始标距（L0）、断后标距（Lu）、试样直径（d0）以及试样断裂后缩颈处最小直径（du），并从计算机中读出最大拉伸力（Pm）和试样应变为0.2时对应的拉力（P0.2）；之后根据计算公式对试验数据进行处理得出断后伸长率（A）、断面收缩率（Z）、抗拉强度（Rm）、非比例延伸强度（RP0.2）等，最后进行误差分析。运用得出的数据，根据Hollomon公式以及线性拟合计算低碳钢的应变硬化指数n和应变硬化系数k。

低碳钢试样在拉伸试验中表现出较为典型的变形-抗力之间的关系，在“力-延伸曲线”中可以看到明显的四个阶段：

1. 弹性阶段：这一段试样发生完全弹性变形，当载荷完全卸除，试样恢复原样；

2. 屈服阶段：这一阶段试样明显增长，但载荷增量较小并出现上下波动，若略去这种载荷读数的微小波动，屈服阶段在“力-延伸曲线”上可以用水平线段表示；

3. 强化阶段：由于材料在塑性变形过程中发生加工硬化，这一阶段试样在继续伸长的过程中，抗力也不断增加，表现为曲线非比例上升；

4. 颈缩阶段和断裂：试样伸长到一定程度之后，载荷读数开始下降，此时可以看到在试样的某一部位的横截面面积显著收缩，出现颈缩现象，直到试样被拉断。

试验一般在室温10℃~30℃的温度范围内进行，若对温度有严格要求，则温度应控制在23℃±5℃范围内。

三、试验设备及材料

3.1 试验材料与试样

3.1.1 试验材料

表1 试验材料

材质 热处理 特点

低碳钢 退火：将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃，保温一段时间后，缓慢而均匀的冷却 降低硬度，使材料便于加工，使钢晶粒细化，消除应力

- 1 - 实验一 材料在轴向拉伸、压缩时的力学性能

一、 实验目的

1． 测定低碳钢在拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率。

2． 测定铸铁在拉伸以及压缩时的强度极限σb。

3． 观察拉压过程中的各种现象，并绘制拉伸图。

4． 比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。

二、 设备及仪器

1．电子万能材料试验机。

2．游标卡尺。

图1-1 CTM－5000电子万能材料试验机

电子万能材料试验机是一种把电子技术和机械传动很好结合的新型加力设备。它具有准确的加载速度和测力范围，能实现恒载荷、恒应变和恒位移自动控制。由计算机控制，使得试验机的操作自动化、试验程序化，试验结果和试验曲线由计算机屏幕直接显示。图示国产CTM－5000系列的试验机为门式框架结构，拉伸试验和压缩试验在两个空间进行。

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图1-2 试验机的机械原理图

试验机主要由机械加载（主机）、基于DSP的数字闭环控制与测量系统和微机操作系统等部分组成。

（1） 机械加载部分

试验机机械加载部分的工作原理如图1-2所示。由试验机底座（底座中装有直流伺服电动机和齿轮箱）、滚珠丝杠、移动横梁和上横梁组成。上横梁、丝杠、底座组成一框架，移动横梁用螺母和丝杠连接。当电机转动时经齿轮箱的传递使两丝杠同步旋转，移动横梁便可水平向上或相下移动。移动横梁向下移动时，在它的上部空间由上夹头和下夹头夹持试样进行拉伸试验；在它的下部空间可进行压缩试验。

（2） 基于DSP的数字闭环控制与测量系统

是由DSP平台；基于神经元自适应PID算法的全数字、三闭环（力、变形、位移）控制- 3 - 系统；8路高精准24Bit数据采集系统；USB1.1通讯；专用的多版本应用软件系统等。

（3） 微机操作系统

试验机由微机控制全试验过程，采用POWERTEST软件实时动态显示负荷值、位移值、变形值、试验速度和试验曲线；进行数据处理分析，试验结果可自动保存；试验结束后可重新调出试验曲线，进行曲线比较和放大。可即时打印出完整的试验报告和试验曲线。