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。

l

A Pl E ∆==00εσ 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P 0，P 0可取为P n 的10%。从P 0

到P n 将载荷分成n 级,且n 不小于5,

于是

n

P P P n 0-=∆ n 5≥

例如，若低碳钢的屈服极限б

s =235Mpa ，试样直径d 0=10mm ，则

）取KN N d P s n 15(14800%804

120=⨯⨯=σπ KN P P n 5.1%100=⨯=

实验时，从P 0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P su 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P sl ,除以试样的初始横截面面积A 0,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P b 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P b 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A 0 除P b 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l 0,拉断后将两段试样紧密地接在一起,量出拉断后的标距为l 1 ,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l 1的量取与断口的部位有关。如断口发生于l 0 的两端或在 l 0以外,则实验无效,应重作。若断口距l 0 的一端的 距离小于或等于l 0/3（图 1.6b 和c ）,则按下述断口移中法测定l 1。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l 1=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C 1点，设AB 、BC 和B C 1的长度分别为a 、b 1、b 2，则l 1= a+b 1+b 2。

试样拉断后，设缩紧处的最小横截面面积为A 1，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A 1，然后按

000

01/100⨯-=l l l δ00A P A P b b s s =

=σσ

下式计算端面收缩率：

式中：、A 0—实验前的截面面积，

A 1—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l 0叫做标距（又叫计算长度）。

圆形截面标准试件：直径：d 0=20mm ，

标距：l 0=200mm （长试件），l 0=100mm （短试件）。

四、实验方法与步骤

000

10/100⨯-=A A A

ψ

1、试件准备

（1）在低碳钢试件的标距长度内（l

=100mm），每隔10 mm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d

0，同时测量标距l

2、试验机准备

（1）根据低碳钢的强度极限（б

b

=350—450MPa）和试件尺寸，估算试验

所需的最大荷载P

b

。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—20 mm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P n，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P n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P S

。

（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P

b

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P

b

6、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l

1和断口出直径d

1

。若断口不在标距中间的1/3区段内，用“断口移

中法”测量l

1。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d

1。