所屬欄目:百科知識作者:越聯儀器點擊率:發(fā)布時間:2013-01-17 17:15:00
本文將給大家介紹一下低碳鋼的拉伸試驗。
50KN萬能材料試驗機,單向引伸計,鋼板尺,游標卡尺。
實驗證明,試件尺寸和形狀對實驗結果有影響。為了便于比較各種材料的機械性能,國家標準中對試件的尺寸和形狀有統(tǒng)一規(guī)定。根據國家標準,(GB6397-86),將金屬拉伸比例試件的尺寸列表如下:
試件
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標距長度L0
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橫截面積A0
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圓試件直徑d0
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表示延伸率的符號
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比例/長短
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11.3√A0或10d0
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任意
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任意
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σ10 |
5.65√A0或5d0
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任意
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任意
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σ5 |
本實驗的拉伸試件采用國家標準中規(guī)定的長比例試件(圖2-1),實驗段直徑d0=10mm ,標距l(xiāng)0=100mm
圖2-1低碳鋼拉伸試件
在拉伸實驗前,測定低碳鋼試件的直徑d0和標距l(xiāng)d0。實驗時,首先將試件安裝在實驗機的上、下夾頭內,并在實驗段的標記處安裝引伸儀,以測量實驗段的變形。然后開動實驗機,緩慢加載,與萬能材料試驗機相聯的電腦會自動繪制出載荷-變形曲線(F—Δl曲線,見圖2-2)或應力-應變曲線(σ—ε曲線,見圖2-3),隨著載荷的逐漸增大,材料呈現出不同的力學性能:
圖2-2 F—Δl曲線
圖2-3 σ—ε曲線
在拉伸的初始階段, σ—ε曲線曲線(Oa段)為一直線,說明應力與應變成正比,即滿足胡克定理,此階段稱為線形階段。線性段的最高點稱為材料的比例極限(σp),線性段的直線斜率即為材料的彈性摸量E。
線性階段后, σ—ε曲線不為直線(ab段),應力應變不再成正比,但若在整個彈性階段卸載,應力應變曲線會沿原曲線返回,載荷卸到零時,變形也完全消失。卸載后變形能完全消失的應力最大點稱為材料的彈性極限(σe),一般對于鋼等許多材料,其彈性極限與比例極限非常接近。
超過彈性階段后,應力幾乎不變,只是在某一微小范圍內上下波動,而應變卻急劇增長,這種現象成為屈服。使材料發(fā)生屈服的應力稱為屈服應力或屈服極限(σs )。
當材料屈服時,如果用砂紙將試件表面打磨,會發(fā)現試件表面呈現出與軸線成45°斜紋。這是由于試件的45°斜截面上作用有最大切應力,這些斜紋是由于材料沿最大切應力作用面產生滑移所造成的,故稱為滑移線。
經過屈服階段后,應力應變曲線呈現曲線上升趨勢,這說明材料的抗變形能力又增強了,這種現象稱為應變硬化。
若在此階段卸載,則卸載過程的應力應變曲線為一條斜線(如d-d‘斜線),其斜率與比例階段的直線段斜率大致相等。當載荷卸載到零時,變形并未完全消失,應力減小至零時殘留的應變稱為塑性應變或殘余應變,相應地應力減小至零時消失的應變稱為彈性應變。卸載完之后,立即再加載,則加載時的應力應變關系基本上沿卸載時的直線變化。因此,如果將卸載后已有塑性變形的試樣重新進行拉伸實驗,其比例極限或彈性極限將得到提高,這一現象稱為冷作硬化。
在硬化階段應力應變曲線存在一最高點,該最高點對應的應力稱為材料的強度極限(σb),強度極限所對應的載荷為試件所能承受的最大載荷Fb。
試樣拉伸達到強度極限σb之前,在標距范圍內的變形是均勻的。當應力增大至強度極限f之后,試樣出現局部顯著收縮,這一現象稱為頸縮。頸縮出現后,使試件繼續(xù)變形所需載荷減小,故應力應變曲線呈現下降趨勢,直至最后在f點斷裂。試樣的斷裂位置處于頸縮處,斷口形狀呈杯狀,這說明引起試樣破壞的原因不僅有拉應力還有切應力。
記錄試件的屈服抗力Fs和最大抗力Fb。試件斷裂后,測量斷口處的最小直徑d1和標距間的距離l1。依據測得的實驗數據,計算低碳鋼材料的強度指標和塑性指標。
屈服極限:σs=Fs/A0 其中,A0=πd20/4
強度極限:σb=Fb/A0·δ
延伸率:δ10=(l1-l0/l0)100%
斷面收縮率:ψ==(A1-A0/A0)100%
什么是低碳鋼?低碳鋼(low carbon steel)又稱軟鋼,是碳含量小于0.30%的非合金鋼。低碳鋼因其強度低、硬度低而軟,故又稱軟鋼。它包括大部分普通碳素結構鋼和一部分優(yōu)質碳素結構鋼,大多不經熱處理用于工程結構件,有的經滲碳和其他熱處理用于要求耐磨的機械零件。
低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體,其強度和硬度較低,塑性和韌性較好。因此,其冷成形性良好可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進行冷成形。這種鋼材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳鋼硬度很低,切削加工性不佳,正火處理可以改善其切削加工性。
低碳鋼有較大的時效傾向,既有淬火時效傾向,還有形變時效傾向。當鋼從高溫較快冷卻時,鐵素體刮碳、氮過飽和,它在常溫也能緩慢地形成鐵的碳氮物,因而鋼的強度和硬度提高,而塑性和韌性降低,這種現象稱為淬火時效。低碳鋼即使不淬火而空冷也會產生時效。低碳鋼經形變產生大量位錯,鐵素體中自碳、氮原子與位錯發(fā)生彈性交互作用,碳、氮原子聚集在位錯線周圍。這種碳、氮原子與位錯線的結合體稱歲柯氏氣團(柯垂耳氣團)。它會使鋼的強度和硬度提高而塑性和韌性降低,這種現象稱為形變時效。形變時要比淬火時效對低碳鋼的塑性和韌性有更大的危害性,在低碳鋼的拉伸曲線上有明顯的上、下兩個屈服點。自上屈服點出現直到屈服延伸結束,在試樣表面出現由于不均勻變形而形成的表面皺褶帶,稱為呂德斯帶。不少沖壓件往往因此而報廢。其防止方法有兩種。一種高預形變法,預形變的鋼放置一段時間后沖壓時也會產生呂德斯帶,因此預形變的鋼在沖壓之前放置時間不宜過長。另一種是鋼中加入鋁或鈦,使其與氮形成穩(wěn)定的化合物,防止形成柯氏氣團引起的形變時效。
低碳鋼一般軋成角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼帶或鋼板,用于制作各種建筑構件、容器、箱體、爐體和農機具等。優(yōu)質低碳鋼軋成薄板,制作汽車駕駛室、發(fā)動機罩等深沖制品;還軋成棒材,用于制作強度要求不高的機械零件。含碳量從0.10%至0.30%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造,焊接和切削, 常用於制造鏈條, 鉚釘, 螺栓, 軸等。 低碳鋼在使用前一般不經熱處理,碳含量在0.15%以上的經滲碳或氰化處理,用于要求表層溫度高、耐磨性好的軸、軸套、鏈輪等零件。
低碳鋼為塑性材料.開始時遵守胡克定律沿直線上升,比例極限以后變形加快,但無明顯屈服階段。相反地,圖形逐漸向上彎曲。這是因為在過了比例極限后,隨著塑性變形的迅速增長,而試件的橫截面積逐漸增大,因而承受的載荷也隨之增大。