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低碳钢拉伸试验

时间:2013-01-17 16:13:35  来源:越联  作者:越联  点击数:
核心提示:本文将给大家介绍一下低碳钢的拉伸试验。低碳钢(low carbon steel)又称软钢,是碳含量小于0.30%的非合金钢。低碳钢因其强度低、硬度低而软,故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢,大多不经热处理用于工程结构件,有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。

本文将给大家介绍一下低碳钢的拉伸试验。

一、低碳钢拉伸试验目的

  • 1、通过观察低碳钢在拉伸时的各种现象,并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限σs ,强度极限σb ,延伸率δ和断面收缩率ψ 。
  • 1、 学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。
  • 3、试验中要注意观察试样受力和变形两者间的相互关系,并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。测定该试样所代表材料的FS、Fb和Δl等值。

二、低碳钢拉伸试验仪器设备和量具

50KN万能材料试验机,单向引伸计,钢板尺,游标卡尺。

三、试件制备

实验证明,试件尺寸和形状对实验结果有影响。为了便于比较各种材料的机械性能,国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。根据国家标准,(GB6397-86),将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下: 

试件
标距长度L0
横截面积A0
圆试件直径d0
表示延伸率的符号
比例/长短
11.3√A0或10d0
任意
任意
σ10
5.65√A0或5d0
任意
任意
σ5

本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件(图2-1),实验段直径d0=10mm ,标距l0陕西快乐十分=100mm 

低碳钢拉伸试件

图2-1低碳钢拉伸试件

四、低碳钢拉伸试验原理和方法

在拉伸实验前,测定低碳钢试件的直径d0和标距ld0。实验时,首先将试件安装在实验机的上、下夹头内,并在实验段的标记处安装引伸仪,以测量实验段的变形。然后开动实验机,缓慢加载,与万能材料试验机相联的电脑会自动绘制出载荷-变形曲线(F—Δl曲线,见图2-2)或应力-应变曲线(σ—ε曲线,见图2-3),随着载荷的逐渐增大,材料呈现出不同的力学性能:

低碳钢拉伸曲线1

图2-2 F—Δl曲线

低碳钢拉伸曲线1

图2-3 σ—ε曲线

4.1 低碳钢拉伸曲线分析

4.1.1、弹性阶段(Ob段)

在拉伸的初始阶段, σ—ε曲线曲线(Oa段)为一直线,说明应力与应变成正比,即满足胡克定理,此阶段称为线形阶段。线性段的最高点称为材料的比例极限(σp),线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。

线性阶段后, σ—ε曲线不为直线(ab段),应力应变不再成正比,但若在整个弹性阶段卸载,应力应变曲线会沿原曲线返回,载荷卸到零时,变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限(σe),一般对于钢等许多材料,其弹性极限与比例极限非常接近。

4.1.2、屈服阶段(bc段)

超过弹性阶段后,应力几乎不变,只是在某一微小范围内上下波动,而应变却急剧增长,这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限(σs )。

当材料屈服时,如果用砂纸将试件表面打磨,会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力,这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的,故称为滑移线。

4.1.3、硬化阶段(ce段)

陕西快乐十分经过屈服阶段后,应力应变曲线呈现曲线上升趋势,这说明材料的抗变形能力又增强了,这种现象称为应变硬化。

若在此阶段卸载,则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线(如d-d‘斜线),其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时,变形并未完全消失,应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变,相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后,立即再加载,则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此,如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验,其比例极限或弹性极限将得到提高,这一现象称为冷作硬化。

在硬化阶段应力应变曲线存在一最高点,该最高点对应的应力称为材料的强度极限(σb),强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb

4.1.4、颈缩阶段(ef段)

试样拉伸达到强度极限σb之前,在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限f之后,试样出现局部显著收缩,这一现象称为颈缩。颈缩出现后,使试件继续变形所需载荷减小,故应力应变曲线呈现下降趋势,直至最后在f点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处,断口形状呈杯状,这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。

五、低碳钢拉伸试验步骤

5.1试验前准备步骤

  • 1、依次打开计算机、变压器,并按下主机外罩上的“复位”按钮启动试验机。
  • 2、双击桌面上的试验软件图标,进入软件操作系统。
  • 3、点击“试验操作”,打开实验操作界面,做拉伸试验时,在软件操作系统的“控制面板”上选取“拉向”。
  • 4、用游标卡尺测量试样的直径和标距,并记录。在试件的标距范围内测量试件三个横截面处的截面直径,在每个截面上分别取两个相互垂直的方向各测量一次直径。取六次测量的平均值做为原始直径d0,并据此计算试件的横截面面积A0 。测量标距时,要用游标卡尺测量三次,并取三次测量结果的平均值作为试件的原始长度l0

5.2做试验

  • ⑴ 装夹拉伸试样。通过试验机的“上升”、“下降”按钮把横梁调整到方便装试件的位置,再把上钳口松开,夹紧试样的上端;
  • ⑵ 使横梁下降,当试样能够夹在下钳口时,停止;
  • ⑶ 在实验操作界面上把负荷、峰值、变形、位移、时间清零,夹紧下钳口;
  • ⑷ 在“控制面板”上选择“位移控制”,采用0.2mm/min的速度使横梁下降,消除预紧力,使负荷变为零;
  • ⑸ 装夹引伸计,并检查引伸计是否已正确连接到计算机主机的端口上;加载速度选0.5mm/min;
  • ⑹ 单击“新建试样”按钮,输入试件的有关信息,包括直径(或长、宽)、标距,然后点击“新建试样” 按钮,再点击“确认”。
  • ⑺ 再次把负荷、峰值、变形、位移、时间等各项分别清零。
  • ⑻ 单击“位移方式”,切换为“取引伸计”模式。在取引伸计模式下,点击“开始”按钮,开始实验。当试件即将进入屈服阶段时,屏幕会弹出对话框提示取下引伸计,此时要迅速取下引伸计。因为此后试件将进入屈服阶段,在载荷—变形图上将看到一个很长的波泿形曲线(表明试件处于流塑阶段),应力变化不大,但应变大大增加。如果不取下引伸计,引伸计将被拉坏。接着材料进入强化阶段,可将加载速度调至5mm/min,继续实验直至试样拉断。在实验过程中,注意观察屈服(流动)、强化,卸载规律、颈缩、断裂等现象。
  • ⑼ 试样拉断后,立即按“停止”按钮。然后点取“保存数据” 按钮,保存试验数据。取下试样,先将两段试件沿断口整齐地对拢,量取并记录拉断后两标距点之间的长度l1,及断口处最小的直径d1,并计算断后面积。
  • ⑽ 数据处理。单击菜单栏中的“试验分析”,并在相应的对话中选择需要计算的项目。然后单击“自动计算”。需要打印时单击“试验报告”按钮,把需要输出的选项移到右侧的空白框内,在曲线类型栏中选择应力---应变曲线,单击“确定”铵钮后打印试验报告。

六、低碳钢拉伸试验结果处理

记录试件的屈服抗力Fs和最大抗力Fb。试件断裂后,测量断口处的最小直径d1和标距间的距离l1。依据测得的实验数据,计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。

6.1、低碳钢强度指标

屈服极限:σs=Fs/A0 其中,A0=πd20/4

强度极限:σb=Fb/A0·δ

6.2、低碳钢塑性指标

延伸率:δ10=(l1-l0/l0)100%

断面收缩率:ψ==(A1-A0/A0)100%

七、低碳钢简要介绍

7.1、低碳钢概念

什么是低碳钢?低碳钢(low carbon steel)又称软钢,是碳含量小于0。30%的非合金钢。低碳钢因其强度低、硬度低而软,故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢,大多不经热处理用于工程结构件,有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。

7.2、低碳钢特点

低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体,其强度和硬度较低,塑性和韧性较好。因此,其冷成形性良好可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。这种钢材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳钢硬度很低,切削加工性不佳,正火处理可以改善其切削加工性。

低碳钢有较大的时效倾向,既有淬火时效倾向,还有形变时效倾向。当钢从高温较快冷却时,铁素体刮碳、氮过饱和,它在常温也能缓慢地形成铁的碳氮物,因而钢的强度和硬度提高,而塑性和韧性降低,这种现象称为淬火时效。低碳钢即使不淬火而空冷也会产生时效。低碳钢经形变产生大量位错,铁素体中自碳、氮原子与位错发生弹性交互作用,碳、氮原子聚集在位错线周围。这种碳、氮原子与位错线的结合体称岁柯氏气团(柯垂耳气团)。它会使钢的强度和硬度提高而塑性和韧性降低,这种现象称为形变时效。形变时要比淬火时效对低碳钢的塑性和韧性有更大的危害性,在低碳钢的拉伸曲线上有明显的上、下两个屈服点。自上屈服点出现直到屈服延伸结束,在试样表面出现由于不均匀变形而形成的表面皱褶带,称为吕德斯带。不少冲压件往往因此而报废。其防止方法有两种。一种高预形变法,预形变的钢放置一段时间后冲压时也会产生吕德斯带,因此预形变的钢在冲压之前放置时间不宜过长。另一种是钢中加入铝或钛,使其与氮形成稳定的化合物,防止形成柯氏气团引起的形变时效。

7.3、低碳钢的用途

低碳钢一般轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带或钢板,用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农机具等。优质低碳钢轧成薄板,制作汽车驾驶室、发动机罩等深冲制品;还轧成棒材,用于制作强度要求不高的机械零件。含碳量从0。10%至0。30%低碳钢易于接受各种加工如锻造,焊接和切削, 常用於制造链条, 铆钉, 螺栓, 轴等。 低碳钢在使用前一般不经热处理,碳含量在0。15%以上的经渗碳或氰化处理,用于要求表层温度高、耐磨性好的轴、轴套、链轮等零件。

7.4、低碳钢的力学特性

低碳钢为塑性材料.开始时遵守胡克定律沿直线上升,比例极限以后变形加快,但无明显屈服阶段。相反地,图形逐渐向上弯曲。这是因为在过了比例极限后,随着塑性变形的迅速增长,而试件的横截面积逐渐增大,因而承受的载荷也随之增大。

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