實驗一 拉伸實驗
拉伸實驗是測定材料力學性能的zui基本zui重要的實驗之一。由本實驗所測得的結(jié)果,可以說明材料在靜拉伸下的一些性能,諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、塑性、強度等重要機械性能,這些性能是工程上合理地選用材料和進行強度計算的重要依據(jù)。
一、實驗?zāi)康囊?BR>1 測定低碳鋼的流動極限 、強度極限 、延伸率 、截面收縮率 和鑄鐵的強度極限 。
2 觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現(xiàn)的現(xiàn)象,繪出外力和變形間的關(guān)系曲線( 曲線)。
3 比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。
二、實驗設(shè)備和儀器
材料試驗機、游標卡尺、兩腳標規(guī)等
三、拉伸試件
金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度 稱為標距,試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定,兩端較粗部分是為了便于裝入試驗機的夾頭內(nèi)。
為了使實驗測得的結(jié)果可以互相比較,試件必須按國家標準做成標準試件,即 或 。
對于一般板的材料拉伸實驗,也應(yīng)按國家標準做成矩形截面試件。其截面面積和試件標距關(guān)系為 或 , 為標距段內(nèi)的截面積。
四、實驗方法與步驟
1、低碳鋼的拉伸實驗:
1 試件的準備:在試件中段取標距 或 在標距兩端用腳標規(guī)打上沖眼作為標志,用游標卡尺在試件標距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑 (在每處的兩個互相垂直的方向各測一次取其平均值)取zui小值作為計算試件橫截面面積用。
2 試驗機的準備;首先了解材料試驗機的基本構(gòu)造原理和操作方法,學習試驗機的操作規(guī)程。根據(jù)低碳鋼的強度極限 及試件的橫截面積,初步估計拉伸試件所需zui大載荷,選擇合適的測力度盤,并配置相應(yīng)的擺錘,開動機器,將測力指針調(diào)到“零點",然后調(diào)整試驗機下夾頭位置,將試件夾裝在夾頭內(nèi)。
3 進行實驗:試件夾緊后,給試件緩慢均勻加載,用試驗機上自動繪圖裝置,繪出外力 和變形 的關(guān)系曲線( 曲線)如圖所示。從圖中可以看出,當載荷增加到 點時,拉伸圖上 段是直線,表明此階段內(nèi)載荷與試件的變形成比例關(guān)系,即符合虎克定律的彈性變形范圍。當載荷增加到 點時,測力計指針停留不動或突然下降到 點,然后在小的范圍內(nèi)擺動,這時變形增加很快,載荷增加很慢;這說明材料產(chǎn)生了流動(或者叫屈服)與 點相應(yīng)的應(yīng)力叫上流動極限,與 相應(yīng)的應(yīng)力叫下流動極限,因下流動極限比較穩(wěn)定,所以材料的流動極限一般規(guī)定按下流動極限取值。以 點相對應(yīng)的載荷值 除以試件的原始截面積 即得到低碳鋼的流動極限 , 流動階段后,試件要承受更大的外力,才能繼續(xù)發(fā)生變形若要使塑性變形加大,必須增加載荷,如圖形中 點至 點這一段為強化階段。當載荷達到zui大值 ( 點)時,試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內(nèi),此段發(fā)生截面收縮,即出現(xiàn)“頸縮"現(xiàn)象。此時記下zui大載荷值 ,用 除以試件的原始截面積 ,就得到低碳鋼的強度極限 。在試件發(fā)生“頸縮"后,由于截面積的減小,載荷迅速下降,到 點試件斷裂。
關(guān)閉機器,取下拉斷的試件,將斷裂的試件緊對到一起,用游標卡尺測量出斷裂后試件標距間的長度 ,按下式可計算出低碳鋼的延伸率
。
將斷裂的試件的斷口緊對在一起,用游標卡尺量出斷口(*)處的直徑 ,計算出面積 ;按下式可計算出低碳鋼的截面收縮率 ,
圖1-2 圖1-3
從破壞后的低碳鋼試件上可以看到,各處的殘余伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大,離斷口愈遠則變形愈小,因此測得 的數(shù)值與斷口的部位有關(guān)。為了統(tǒng)一 值的計算,規(guī)定以斷口在標距長度中央的 區(qū)段內(nèi)為準,來測量 的值,若斷口不在 區(qū)段內(nèi)時,需要采用斷口移中的方法進行換算,其方法如下:
設(shè)兩標點 到 之間共刻有 格,如圖1-4所示,拉伸前各格之間距離相等,在斷裂試件較長的右段上從鄰近斷口的一個刻線 起,向右取 格,標記為 ,這就相當于把斷口擺在標距中央,再看 點至 點有多少格,就由 點向左取相同的格數(shù),標以記號 ,令 表示 到 的長度,則 的長度中包含的格數(shù)等于標距長度內(nèi)的格數(shù) ,故 。
當斷口非常接近試件兩端,而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時,一般認為實驗結(jié)果無效,需要重作實驗。
2、鑄鐵的拉伸實驗:
1 試件的準備:用游標卡尺在試件標距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑 取zui小值計算試件截面面積,根據(jù)鑄鐵的強度極限 ,估計拉伸試件的zui大載荷。
2 試驗機的準備;與低碳鋼拉伸實驗相同
3 進行實驗:開動機器,緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄zui大載荷 ,觀察自動繪圖裝置上的曲線,如圖1-3所示。將zui大載荷值 除以試件的原始截面積 ,就得到鑄鐵的強度極限 。因為鑄鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂,所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小,很難測出。
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