低碳钢拉伸时力学性能的测定

§1.3低碳钢拉伸时力学性能的测定一、实验目的和要求1、了解万能试验机的构造原理，掌握其操作规程和方法。2、观察试件拉伸过程中表现的变形规律和破坏现象。3、熟悉球铰引伸仪的正确使用方法。4、观察比例极限内力与变形间的线性关系，验证虎克定律。5、测定低碳钢的强度特征（屈服极限бs和强度极限бb），塑性特征（延伸率δ和截面收缩率ψ），绘制б—ε曲线。二、实验内容和原理常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验,可用以测定弹性常数E和μ,比例极限бp,屈服极限бs，抗拉强度бb，断后伸长率δ和断面收缩率ψ等。这些力学性能都是工程设计的重要依据.1.验证虎克定律弹性模量是应力低于比例极限时应力与应变的比值。lAPlE00为验证荷载与变形的关系是否符合虎克定律,减少测量误差,实验一般用等增量法加载,即把荷载分成若干相等的加载等级ΔP,然后逐级加载。为保证应力不超出比例极限,加载前先估算出式样的屈服载荷,以屈服载荷的70%~80%作为测定弹性模量的最高载荷Pn。此外,为使实验机夹紧式样,消除引伸仪和实验机机构的间隙,以及开始阶段引伸仪刀刃在式样上的可能滑动，对式样应施加一个初载荷P0，P0可取为Pn的10%。从P0到Pn将载荷分成n级,且n不小于5,于是nPPPn0n5例如，若低碳钢的屈服极限бs=235Mpa，试样直径d0=10mm，则）取KNNdPsn15(14800%804120KNPPn5.1%100实验时，从P0到Pn逐级加载，载荷的每级增量为ΔP。对应着每个载荷Pi（I=1，2，···，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成线形关系，符合虎克定律。2.屈服极限бs及抗拉强度бb的测定测定E后重新加载,当到达屈服阶段时,低弹钢的P—Δl曲线呈锯齿形，与最高荷载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бs。若实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。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。载荷到达最大值Pb时,试样某一局部的截面明显缩小,出现了紧缩现象.这时示力度盘从动针停留在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A0除Pb得抗拉强度бb。3.断后延伸率δ及端面收缩Ψ的测定试样的标距原长为l0,拉断后将两段试样紧密地接在一起,量出拉断后的标距为l1,断后延伸率为式中：0l—实验前的标距，1l—实验后的标距。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以外,则实验无效,应重作。若断口距l0的一端的距离小于或等于l0/3（图1.6b和c）,则按下述断口移中法测定l1。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1.6b），取其一半得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1.6c），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、b2，则l1=a+b1+b2。试样拉断后，设缩紧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00001/100lll00APAPbbss下式计算端面收缩率：式中：、A0—实验前的截面面积，A1—实验后的断口横截面面积。三、实验所用仪器及材料1．万能实验机2．蝶式引伸仪或球铰引伸仪3．游标卡尺4．低碳钢圆形截面试件实验表明，试件的形状和尺寸对实验结果有显著的影响，为了比较实验结果，应按国家标准GB228—76中有关规定做比例试件，如图1.7所示，图中l0叫做标距（又叫计算长度）。圆形截面标准试件：直径：d0=20mm，标距：l0=200mm（长试件），l0=100mm（短试件）。四、实验方法与步骤00010/100AAA1、试件准备（1）在低碳钢试件的标距长度内（l0=100mm），每隔10mm刻画一圆周线，以便观察变形分布和计算延伸率。（2）在标距中央和两端分别沿互相垂直的两个方向各量一次直径，分别计算这三处直径的平均值，取其中最小值作为试件直径d0，同时测量标距l02、试验机准备（1）根据低碳钢的强度极限（бb=350—450MPa）和试件尺寸，估算试验所需的最大荷载Pb。选择合适的测力度盘并配置相应的摆锤。（2）开动试验机，缓慢打开送油阀，将活动台上升10—20mm消除自重。然后关闭送油阀，停止油泵电机，调整测力指针对准零点，并检查自动描图装置。3、安装试件及引伸仪（1）将试件一端加夹紧在试验机的夹头内（刚好使试件头部全部进入夹头，并要注意夹正），再移动下夹头使其达到适当位置，夹紧试件下端。（2）将引伸仪十分小心的装到试件上（注意：使上下刀口位于试件纵向对称面内），调整指针到零点。为检查机器和引伸仪能否正常工作，须进行预拉，先把载荷预加到测定E的最高载荷Pn，然后卸载到0~P0之间。4、验证虎克定律（1）缓慢加载至初载荷P0，记调整引伸仪为起始零点（或记下初读数）加载按等增量法进行，应保持加载均匀。每增加一个阶段载荷ΔP，记录一次引伸仪读数，分4—5各阶段加载。（2）检查变形增量与载荷增量是否保持正比例关系，加载至终载荷Pn后立即撤下引伸仪。5、测定强度指标（1）、继续缓慢加载，并注意观察测力指针的移动情况，当测力指针倒退时，即表明材料已进入屈服阶段。记下指针后退所指示的最小载荷为屈服载荷PS。（2）、屈服阶段一过，材料进入强化阶段，载荷继续上升。单此时由于变形速度加大，载荷上升明显减慢，故需适当开大送油阀才能维持一定的加载速度。当载荷达到最大值Pb时，试件在某处出现“颈缩”现象，同时测力指针迅速倒退，试件很快发生断裂。关闭送油阀，停机，记下最大载荷Pb6、测量塑性变形取下试件，将断裂试件的两段对齐并尽量靠拢。用游标卡尺测量段裂后标距段的长度l1和断口出直径d1。若断口不在标距中间的1/3区段内，用“断口移中法”测量l1。在断口处沿两相互垂直方向各测一次直径，取其平均值作为d1。