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实验一 低碳钢、铸铁的拉伸实验
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屈服强度：是金属材料发生时的，亦即抵抗微量的应力。对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的，将会使零件永久失效，无法恢复。如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。
外文名称 yield strength
别名 屈服极限
概念 金属材料屈服现象时的屈服极限，
屈服极限 0.2%残余变形
本质 屈服点的应力判定塑性变形能力
屈服强度：是材料发生时的，亦即抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的材料，规定应变值为0.2%所对应的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的，将会使零件永久失效，无法恢复。如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。
yield strength，又称为屈服极限 ，常用符号δs，是屈服的值。（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是的（）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的的达到规定值（通常为0.2%的原始）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的，是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生，应变增大，使材料失效，不能正常使用。当应力超过后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、分别称为下屈服点和上屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或(ReL或Rp0.2)。a．屈服点yield point（σs）试样在试验过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长（变形）时的应力。b．上屈服点upper yield point（σsu）试样发生屈服而力首次下降前的。c．下屈服点lower yield point（σSL）当不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力。有些(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的变形(0.2%)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）。首先解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）以 屈服强度 作为设计应力的依据。所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，金属开始从弹性状态非均匀的向弹-塑性状态过渡，它标志着宏观塑性变形的开始。d.钢材力学性能是保证钢材最终（机械性能）的重要指标，它取决于钢的化学成分和热处理制度。在中，根据不同的使用要求，规定了拉伸性能（抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率）以及硬度、韧性指标，还有用户要求的高、等。①抗拉强度（σb）试样在拉伸过程中，在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度（σb），单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为：式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）； So--试样原始横截面积，mm2。②屈服点（σs）具有屈服现象的金属材料，试样在拉伸过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力，称屈服点。若力发生下降时，则应区分上、下屈服点。屈服点的单位为N/mm2（MPa）。上屈服点（σsu）：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力； 下屈服点（σsl）：当不计初始瞬时效应时，屈服阶段中的最小应力。屈服点的计算公式为：式中：Fs--试样拉伸过程中屈服力（恒定），N（牛顿）So--试样原始横截面积，mm2。③（σ）在中，试样拉断后其标距所增加的长度与距长度的百分比，称为伸长率。以σ表示，单位为%。计算公式为：式中：L1--试样拉断后的标距长度，mm； L0--试样原始标距长度，mm。④（ψ）在拉伸试验中，试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率。以ψ表示，单位为%。计算公式如下：式中：S0--试样原始横截面积，mm2； S1--试样拉断后缩径处的最少横截面积，mm2。⑤硬度指标金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。根据和适用范围不同，硬度又可分为、、、、和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。A、布氏硬度（HB）用一定直径的钢球或，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。其计算公式为：式中：F--压入金属试样表面的试验力，N； D--试验用钢球直径，mm； d--压痕平均直径，mm。测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa）以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。举例：120HBS10/1000130：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/ mm2（MPa）。e、无缝钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、、自行车架以及中用的钢脚手架等用钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，如滚动轴承套圈、千斤顶套等，已广泛用钢管来制造。例如合肥钢管有限公司主要经营各类无缝钢管和大口径及和等各类钢材。是成都、冶钢、鞍钢、包钢、天津、无锡、山东、宝钢、鲁宝、西宁和山东鲁星等厂在安徽的代理。常备资源材质为： 10#、20#、35#、45#、16Mn、27SiMn、40Cr、12Cr1MoV、10CrMo910、15CrMo、35CrMo、45Mn2等。
无明显屈服现象的金属材料需测量其或规定残余伸长应力，而有明显屈服现象的金属材料，则可以测量其屈服强度、上屈服强度、下屈服强度。一般而言，只测定下屈服强度。通常测定上屈服强度及下屈服强度的方法有两种：和。
试验时用自动记录装置绘制力-夹头位移图。要求力轴比例为每mm所代表的应力一般小于10N/mm2，曲线至少要绘制到屈服阶段结束点。在曲线上确定屈服平台恒定的力Fe、屈服阶段中力首次下降前的最大力Feh或者不到初始瞬时效应的最小力Fel。屈服强度、上屈服强度、下屈服强度可以按以下公式来计算：屈服强度计算公式：Re=Fe/So；Fe为屈服时的恒定力。上屈服强度计算公式：Reh=Feh/So；Feh为屈服阶段中力首次下降前的最大力。下屈服强度计算公式：Rel=Fel/So；Fel为不到初始瞬时效应的最小力Fel。
试验时，当测力的指针首次的恒定力或者指针首次回转前的最大力或者不到初始瞬时效应的最小力，分别对应着屈服强度、上屈服强度、下屈服强度。
上常用的屈服标准有三种：1、上符合的最高应力，国际上常采用σp表示，超过σp时即认为材料开始屈服。2、弹性极限试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全的最高应力。国际上通常以Rel表示。应力超过Rel时即认为材料开始屈服。3、屈服强度 以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为Rp0.2。
影响屈服的有：结合键、组织、结构、原子本性。如将金属的屈服强度与、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从的影响来看，可以有四种强化机制影响的屈服强度，这就是：(1)；(2)形变强化；(3)和；(4)晶界和亚晶强化。沉淀强化和是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。影响屈服强度的外在因素有：温度、、。随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。
传统的强度设计方法，对，以屈服强度为标准，规定[σ]=σys/n，安全系数n因场合不同可从1.1到2或更大，对，以为标准，规定许用[σ]=σb/n，安全系数n一般取6。需要注意的是，按照传统的设计方法，必然会导致片面追求的高，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和的大致度量。例如材料屈服强度增高，对和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和就好等等。因此，屈服强度是材料性能中的重要指标。
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最新相关试卷低碳钢拉伸试验介绍
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&s ,强度极限&b ,延伸率&和断面收缩率& 。
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&Dl等值。
二、低碳钢拉伸试验仪器设备和量具
50KN，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：&
标距长度L0
横截面积A0
圆试件直径d0
表示延伸率的符号
11.3&A0或10d0
5.65&A0或5d0
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=100mm&
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&&Dl曲线，见图2－2）或应力-应变曲线（&&&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：
图2-2 F&&Dl曲线
图2-3 &&&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， &&&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（&p），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。
线性阶段后， &&&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（&e），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（&s ）。
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）
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（&b），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&b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。
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：&s=Fs/A0 其中，A0=&d20/4
强度极限：&b=Fb/A0&&
6.2、低碳钢塑性指标
延伸率：&10=（l1-l0/l0）100%
断面收缩率：&==（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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