2.实验二 铸铁拉伸实验

低碳钢拉伸实验

一、实验目的

σ

1、测定铸铁的强度极限

b

2、观察低碳钢和铸铁在拉伸实验过程中的各种现象

3、分析比较低碳钢和铸铁拉伸的力学性能特点及试样破坏特征。

二、实验仪器设备

CMT5000微机控制电子万能材料试验机、试样划线器、低碳钢拉伸试样、铸铁拉伸试样

三、实验原理

金属材料在拉伸实验时，将材料拉伸试样装夹在试验机的拉伸夹头上，启动试验机施加载荷（施加的载荷必须通过试样的轴线，以确保材料试样处于单向应力状态），并在加载过程中自动绘制出试样承受的载荷（P）与产生∆）间的关系曲线，即拉伸图。拉伸图形象的描述了材料的变形特征变形（L

及各阶段承受载荷与变形的关系，并可由该图形的状态来判断材料弹性与塑性的好坏、断裂时的韧性与脆性程度及不同变形条件下的承载能力。

1、铸铁拉伸实验

铸铁材料属典型的脆性材料，其拉伸图如图1-1-7所示。由拉伸图的P–△L 曲线可知，铸铁在拉伸的过程中既无屈服阶段，也无颈缩现象，只是在较小变形下突然断裂，故铸铁拉伸时仅研究其力学性能的强度指标，即

σ。

测定其强度载荷后，计算强度极限

b

2、拉伸试样破坏断口特征

拉伸试样破坏断口如图1-1-8 所示，低碳钢试样拉伸破坏后，在试样的两个断面上各呈凸凹状，称为杯状断口。断口中间部分的材料成晶粒状，四周则呈纤维状。铸铁试样拉伸破坏后，试样断口的两个断面基本平齐，断口上的材料呈晶粒状，材料呈晶粒状是脆性断裂的断口特征，纤维状是韧性的断口特征。

四、实验步骤

本实验通过 CMT5000 微机控制电子万能材料实验机完成低碳钢、铸铁拉伸试样的加载、测量过程，实验操作前，必须详细了解实验机的使用操作方法，并仔细阅读实验中所用仪器设备的注意事项。

1、试样刻线

使用试样刻线机，在低碳钢拉伸试样上划出标距线和十等分分格线，

刻线过程中，线痕能分辨即可，过深易造成应力集中，影响实验测量

结果。

2、原始数据测量

测定低碳钢和铸铁拉伸试样原始工作直径d0及低碳钢拉伸试样的原

始标距L0。

3、装夹试样

将拉伸试样装夹在实验机夹具上，并调整预载荷，详细操作方法及步

骤参照附录 A 中“微机控制电子万能材料实验机”相关部分的介绍。

4、控制软件参数设置

启动实验机控制软件，联机后选择实验方案，并输入实验参数，详细

操作方法及步 骤参照附录 A 中“微机控制电子万能材料实验机”相关部分的介绍。

5、 加载实验

启动实验机，完成实验加载测试过程，详细操作方法及步骤参照附录

A 中“微机控 制电子万能材料实验机”相关部分的介绍。

6、

记录实验数据，分析实验结果。 7、 试样测量

从试验机拉伸夹具上取下试样，对低碳钢试样，测量颈缩处的最小直径 d1及试样拉 断后标距长度 L1。观察试样变形及破坏特征。 8、

实验结束后，关闭试验机电源，清理实验现场。 五、 数据处理

通过本次实验应测定铸铁的强度极限b σ。

根据实验测量数据，可按下述方法计算以上各种力学性能指标。

（1） 强度指标计算

00/;/s s b P A P A σσ==b

（2） 塑性指标计算

100101

100%;100%L L A A L A δψ--=⨯=⨯ 强度载荷：9.18b P kN =

实验数据表格

解：

3

-52

9.1810

126.62

7.2510

b

b

P N

MPa

A m

σ

⨯

===

⨯

拉伸试样简图

实验前实验后

六、预习思考题

1.在实验过程中如何确定低碳钢的屈服载荷 Ps？

答：由于上屈服点受试样外形、尺寸及变形速度等因素的影响，测量出的数值不稳定，而下屈服点的数值相对比较稳定，故通常将下屈服点作为材料的屈服载荷Ps。

2.为何拉伸曲线的起始部分为曲线而非直线？

答：拉伸曲线起始部分为曲线是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙造成的.

3.由金属材料拉伸实验所确定的材料力学性能参数有何实用价值？

答：1.会对企业的生产选材有直接的影响，要知道如果生产选错材料了，要么选的不好造成产品质量不行，甚至酿成事故；另外，如果选太好的度材料，那企业的成本会被无端的升高，使企业产品在价格上没有优势，因为市场上不太需要太好的材料。2.对于好多恶劣工作环境的金属工件，采购商一般都要求要出具检测回报告，而这些报告一般都会涉及：金属的理化性能测试。3.企业根据不同的力学性能参数，可以安排较为

合理的加工工艺。4.出口的产品都要经过这方面的检测的，其实这也是一个企业质量意识的侧面反映。

七、讨论题

1、比较低碳钢和铸铁拉伸时的主要力学性能及试样断口破坏特征。

答：低碳钢常温拉伸断口一般呈典型的杯椎状断口：

在拉伸与压缩实验中，低碳刚及铸铁的断口特征：1、低碳钢断口有明显的塑性破坏产生的光亮倾斜面，倾斜面倾角与复试样轴线近似

成(称杯状断口)，这部分材料的断裂是由于切应力造成的，中心部分

为粗糙平面，塑性越大对应杯状断口越大，中心粗糙平面的面积越

小。而铸铁没有任何的倾斜侧面，断口平齐制，并垂直于拉应力，属

典型的脆性断口。2、铸铁试样常温拉伸断口基本没有变化（或者说稍

微缩小的圆截面），破坏断口与横截面重合，断口粗糙，呈凹凸颗粒

百状。原因当然是因为前者是塑性材料后者是脆性材料咯，塑性材料

受拉要经过弹性阶段，屈服阶段，以及强化和颈缩阶段（简单的说就

是破坏前形状变化比较明显）度；而脆性材料受拉时则没有上述过

程，破坏前没有明显的塑性变形，突然断裂。

2、材料和直径相同而标距长度不同的试样，断后延伸率是否相同。

答：不相同。材料性能的测试结果与试样的形状、尺寸有关，为了比较

不同材料的性能，特别是为了使得采用不同的实验设备、在不同的实验

场所测试的试验数据具有可比性，试样的形状与尺寸应符合国家标准

（GB6397-86）。