实验一-低碳钢、铸铁拉伸试验.doc

实验一_低碳钢、铸铁拉伸试验（常用版）
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实验一低碳钢、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，ReL，Rm，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ReL，抗拉强度Rm。
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：
——试样的名义应力
——试样的名义应变
S0和L0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
（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（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。
0△L
Fpp
FeL
Bˊ
D
g
Fm
0ε0ε
Rp
ReL
Bˊ
D
g
Rm
A
FRR

BfEBfE
CC

铸铁

△LeL
（a）（b）（c）
图1-1试件拉伸图
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。
颈缩阶段（DE)：应力达到强度极限后，塑性变形开始在局部进行。局部截面急剧收缩，承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直到断裂。断裂时，试样的弹性变形消失，塑性变形则遗留在破断的试样上。材料的塑性通常用试样断裂后的残余变形来衡量，单拉时的塑性指标用断后伸长率A和断面收缩率Z来表示。即

（1-2）
Lu，Su分别代表试样拉断后的标距和断口的面积。
低碳钢颈缩部分的变形在总变形中占很大比重如图1-2所示。测试断后伸长率时，颈缩局部及其影响区的塑性变形都应包含在Lu之内。这就要求断口位置应在标距的中央附近。若断口落在标距之外则试验无效。
工程上通常认为，材料的断后伸长率A>5%属于韧断，A<5%则属于脆断。韧断的特征是断裂前有较大的宏观塑性变形，断口形貌是暗灰色纤维状组织。低碳钢断裂时有很大的塑性变形，断口为杯状周边为45°的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状，因此是一种典型的韧状断口。
铸铁是典型的脆性材料，其拉伸曲线如图1-