金属材料室温拉伸实验报告
1、低碳钢
当拉力较小时,试样伸长量与力成正比增加,保持直线关系,拉力超过FP后拉伸曲线将由直变曲。保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值FP 。
在FP的上方附近有一点是Fc,若拉力小于Fc而卸载时,卸载后试样立刻恢复原状,若拉力大于Fc后再卸载,则试件只能部分恢复,保留的残余变形即为塑性变形,因而Fc是代表材料弹性极限的力值。
当拉力增加到一定程度时,试验机的示力指针(主动针)开始摆动或停止不动,拉伸图上出现锯齿状或平台,这说明此时试样所受的拉力几乎不变但变形却在继续,这种现象称为材料的屈服。低碳钢的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的影响较大,而下屈服点B则比较稳定(因此工程上常以其下屈服点B所对应的力值FeL作为材料屈服时的力值)。确定屈服力值时,必须注意观察读数表盘上测力指针的转动情况,读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力FeH(上屈服荷载)和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小力FeL(下屈服荷载)或首次停止转动指示的恒定力FeL(下屈服荷载),将其分别除以试样的原始横截面积(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,但力值也随之增加,拉伸曲线又继续上升,这说明材料又恢复了抵抗变形的能力,这种现象称为材料的强化。在强化阶段内,试样的变形主要是塑性变形,比弹性阶段内试样的变形大得多,在达到最大力Fm之前,试样标距范围内的变形是均匀的,拉伸曲线是一段平缓上升的曲线,这时可明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小。此最大力Fm为材料的抗拉强度力值,由公式Rm=Fm/S0 即可得到材料的抗拉强度Rm。
如果在材料的强化阶段内卸载后再加载,直到试样拉断,则所得到的曲线如图2-3所示。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的直线卸回,这说明卸载前试样中除了有塑性变形外,还有一部分弹性变形;卸载后再继续加载,曲线几乎沿卸载路径变化,然后继续强化变形,就像没有卸载一样,这种现象称为材料的冷作硬化。显然,冷作硬化提高了材料的比例极限和屈服极限,但材料的塑性却相应降低。
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,继续拉伸所需的力也迅速减小,拉伸曲线开始下降,直至试样断裂。此时通过测量试样
断裂后的标距长度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
A?Lu?L0S?Su?100%Z?0?100%L0S0 、
即可得到试样的断后伸长率A和断面收缩率Z。
2、铸铁
脆性材料是指断后伸长率A<5% 的材料,其从开始承受拉力直至试样被拉断,变形都很小。而且,大多数脆性材料在拉伸时的应力-应变曲线上都没有明显的直线段,几乎没有塑性变形,也不会出现屈服和颈缩等现象(如图2-2b所示),只有断裂时的应力值——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,其抗拉强度也远小于低碳钢的抗拉强度。同样,由公式Rm=Fm/S0 即可得到其抗拉强度Rm,而由公式A?Lu?L0
L0?100% 则可求得其断后伸长率A。
3.1 金属材料的拉伸与压缩实验
一、实验目的
1. 了解液压式材料试验机的工作原理,初步掌握试验机的操作规程。
2. 测定低碳钢的屈服(流动)极限σS,强度极限σb,延伸率δ和截面收缩率Ψ。观察试件在拉伸过程中的各种现象(弹性、屈服、强化、颈缩)。
3. 测定铸铁材料的拉伸和压缩强度极限σb。
4. 比较低碳钢和铸铁的机械性质及破坏时的断口形式。
二、实验主要设备及实验原理
1.主要设备:改装后的WE-300液压式材料试验机
2.实验原理:测定金属材料的机械性质需要将试件制成符合国家标准的形状和尺寸。低碳钢试件在拉伸过程中,可分为四个阶段:弹性阶段;屈服阶段:
强化阶段;颈缩阶段。由于铸铁是一种典型的脆性材料,不论是拉伸还是压缩,它均只有一个强度指标,而且无塑性指标δ和Ψ,铸铁的唯一强度指标为强度极限σb,但是铸铁的抗拉和抗压能力是大不相同的。
三、实验数据记录及处理
1.拉伸实验前试件尺寸
表1-1原始数据
2.拉伸实验后的尺寸及数据
表1-2拉伸实验数据
3.压缩实验尺寸及数据
表1-3压缩实验数据
4.计算结果
表1-4实验数据计算结果
四、问题思考
1.根据实验结果,绘制低碳钢和铸铁的曲线,叙述并标明低碳钢在拉伸过程中的四个变形阶段。
2.比较低碳钢和铸铁拉伸时的机械性质及破坏形式。
3.比较铸铁在拉伸和压缩时的强度极限σb。
4.为何铸铁试件在压缩时的破坏断面与轴线大致成。
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