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L0称做标距，d0、A0分别代表工作部分的直径和面积,它们的关系规定为L0=k0A。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d0=10mm标距L0=10d0或L0=5d0。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=因为σ=P/A,ε=ΔL/L0，所以弹性模量E又可表示为E=LAPL0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，L0—引伸仪标距ΔL—试件在载荷P作用下，标距L0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L0=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nP。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P0（本实验中P0=2.0KN）。实验过程中，从P0到nP逐级加载，载荷的每级增量均为ΔP。对应着每级载荷Pi，记录相应的伸长iL，1iL与iL之差即为变形增量iL，它是p引起的变形（伸长）增量。在逐级加载中，如果得到的iL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Pi和iL的一组数据，按平均法计算弹性模量，即LALPE0200其中iniLnL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PS，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Pb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Pb，它所对应的应力叫强度极限σb。即0APss，0APss其中20041dA，0d为最小直径。3、延伸率δ和断面收缩率Ψ的测定试件的原始标距L0断后将两段试件紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为L1,延伸率应为001LLL×100%式中L0—试件原始标距，为50mm；L1—试件拉断后标距长度。对于塑性材料，断裂前变形集中在颈缩处，该部分变形最大，距离断口位置越远，变形越小，即断裂位置对延伸率是有影响的。为了便于比较，规定断口在标距中央三分之一范围内测出的延伸率为测量标准。若断口不在此范围内，则需进行折算，也称断口移中。具体方法如下：以断口O为起点，在长度上取基本等于短段格数得到B点，当长段所剩格数为偶数时（如图b）则由所剩格数的一半得到C点，取BC段长度将其移至短段边，则得到断口移中的标距长，其计算式为L1=AB+2BC如果长段所剩格数为奇数时（如图C）则由所剩格数加一格之半得C1点和减一格之半得到C点，移中后的标距长为，L1=AB+1BC+BC将计算所得的L1代入式中，可求得折算后延伸率。为了测定低碳钢的断面收缩率，试件拉断后，在断口处两端沿两个互相垂直的方向各测量一次直径，取其平均值计算断口处横截面积，再按下式计算面积收缩率Ψ=010AAA×100%式中A0—试件原始横截面积A1——试件拉断后断口处最小面积五、试验步骤Ⅰ使用WEW-600屏显万能材料试验机的实验步骤1、试验系统的开机顺序为：计算机→放大器箱→试验机本软件的启动有多种方法：a、按“开始”→“程序”→“WinPWS”,程序启动。b、也可以双击屏幕上的WinPWS快捷方式直接启动软件。c、找到PWS工作目录，选择WinPWS.exe可执行文件,双击启动。试验系统的关机顺序为：试验机→放大器箱→计算机本软件的退出操作：a、退出所有操作面板，返回软件主菜单。b、鼠标点击“试验操作”中的“退出”，或点击软件关闭按扭退出软件。2、试验之前，先测量试件的直径，在标距两端及中部三个位置，沿相互垂直的方向，测量试件直径，求其平均值，将试件的原始尺寸，即平均直径、标距输入计算机。3、估计试件的最大载荷选择试验力档位，一般为五档。选择变形力档位，一般选择一档或二档。注意：计算机的档位与放大器的档位要一致。4、按试验机的“电源”按钮，指示灯亮；开动油泵，拧开送油阀使试验台上升10毫米，然后关闭送油阀；打开主机开关。5、按动夹紧按钮，使液压卡头电磁阀处于有电状态，将试件一端夹于上钳口，调整试验力零点，再调整下钳口，夹持试件下端，夹持试件时，应按钳口所刻的尺寸范围夹持试样，试件应该夹在钳口的全长上，一定保证试样夹持部分在钳口体内三分之二以上。6、缓慢的拧开送油阀进行加荷，给试样一个较小的预载力（消除诸如间隙、非线性等因素），再按下“试验开始”按扭，继续加荷，在试验力达到5KN时，关闭主机。计算机开始绘制曲线。7、试件断裂后，关闭送油阀，再打开主机工作，取下断裂的试件。8、打开回油阀，使试验台回到初始位置。低碳钢的拉伸试验须补充的步骤引伸计的安装与摘除，引伸计是用于测量规定试样标距内变形的测量传感器，本实验用于测量低碳钢的弹性模量。具体操作如下：1、在试件装夹到试验机的钳口之前先进行引伸计的安装，引伸计装夹的初始位置应在引伸计的初始标距位置上，装夹到试样上后，用手指轻敲刀口处，应感觉引伸计夹持牢固。若有滑移现象，表示引伸计装夹失败，必须重装。装入引伸计后在实验开始前，必须进行变形量调零，引伸计状态处于有的状态。２、按照国家标准GB-228-87规定：断后伸长率应采用手测法进行测量，为防止引伸计损坏，不应使用引伸计测量断后伸长率，即不要带着引伸计拉断试样。在试验力超过屈服点后摘除引伸计具体操作如下，首先将计算机屏幕“试验面板”上的“引伸计状态”置为“无引伸计”状态，切记！其次将变形通道置为“第一档”（软件可自动执行），最后快速摘除引伸计，并妥善放置。实验中的注意事项１、不要动放大器的标定扭。２、不要修改软件系统的参数。３、计算机的档位与放大器的档位要一致。４、开关机的顺序必须按要求执行。５、试验到5KN时，要把主机关掉。６、不能带引伸计拉断，摘取引伸计时，需把计算机的引伸计处于“无引伸计状态”。Ⅱ使用WE-B600液压万能材料试验机的实验步骤１、测量试件的直径。在标距两端及中部三个位置，沿相互垂直的方向，测量试件直径，求其平均值计算弹性模量，以其最小值计算强度和断面收缩率。２、试验机准备。使总开关接电，根据试验需要，选用测量范围，更换摆杆上悬挂的摆锤并调整缓冲阀，在记录筒上卷上记录纸。３、将试样的一端夹于上钳口。（装夹试样时，开动油泵，关闭送油阀，分别按动夹头的开、合按键，使夹头进行松开和夹紧，这一动作过程不允许把其中一个铵键处在“停”的中间位置上，否则动作失灵。当试样夹紧后进行拉伸或压缩等试验时，上、下夹头的铵键必须处在“停”的中间位置上，方能进行试验，但当试样拉断后必须先按上“上紧”或“下紧”键，再分别按“上松”或“下松”键才能使试样松开。）４、调整指针对正零位。５、将移动横梁降至适当高度，将试样另一端夹在下钳口（必须注意使试样垂直），试样必须置入足够的夹持长度。６、将推杆的记录笔放下，使笔尖压在记录纸上，同时选配好记录放大比例。7、安装引伸仪（只用于低碳钢拉伸试验）。8、进行预拉（只用于低碳钢拉伸试验）。为检查机器和仪表是否处于正常状态，先把载荷预加到略小于nP（测量弹模E时的最大载荷），然后卸载到0～P0之间。9、加载。在测定低碳钢的弹性模量E时，先加载至P0，调整引伸仪读数为零或记录初始读数。加载按等增量法进行，记录每级载荷下的引伸仪读数，载荷最大加至nP，然后取下引伸仪。加载时应保持匀速、缓慢。测出屈服载荷sP后，可稍增加实验速率，最后直到将试件拉断，记录最大载荷bP。对铸铁试件，应缓慢匀速加载，直至试件被拉断。10、试验结束，关闭送油阀，开启回油阀，卸荷后将从动针拨回零位。取下试样注意事项1、试验机每级测量范围都不应超负荷使用，以免发生意外损坏。2、在试验过程中，因意外原因使油泵突然停止工作，应将所加负荷卸除，使油压降低，检查后再重新开动油泵进行试验，不应在高压下开动油泵，以免发生意外损坏。3、如发现电器控制失灵，各按钮不起作用，应马上关闭总开关，切断电源，使试验机停止运转，以免发生意外。4、油泵起动时应先点动，正常出油后再连续运转，运转中发现泵有异常温升、泄漏、振动和噪声，应立即停车进行检查。六、试验结果整理七、思考题１、由实验现象和结果分析比较两种材料的机械性能。２、实验时如何观察低碳钢屈服极限？３、材料相同而标距分别为5d0和10d0的两种试件，其δ、Ψ、σs、σb是否相同？为什么？八、填写实验报告试验名称试验日期班次报告人小组成员１、试验目的２、试验设备、仪器名称、型号、精度量具名称、型号、精度3、试验步骤简述及受力简图4、实验记录及试验结果