本文將給大家介紹一下低碳鋼的拉伸試驗(yàn)。

一、低碳鋼拉伸試驗(yàn)目的

• 1、通過觀察低碳鋼在拉伸時(shí)的各種現(xiàn)象，并測定低碳鋼在拉伸時(shí)的屈服極限σ_s ,強(qiáng)度極限σ_b ,延伸率δ和斷面收縮率ψ 。
• 1、 學(xué)習(xí)、掌握電子萬能試驗(yàn)機(jī)的使用方法及其工作原理。
• 3、試驗(yàn)中要注意觀察試樣受力和變形兩者間的相互關(guān)系,并注意觀察材料的彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮、斷裂等物理現(xiàn)象。測定該試樣所代表材料的F_S、F_b和Δl等值。

二、低碳鋼拉伸試驗(yàn)儀器設(shè)備和量具

50KN萬能材料試驗(yàn)機(jī)，單向引伸計(jì)，鋼板尺，游標(biāo)卡尺。

三、試件制備

實(shí)驗(yàn)證明，試件尺寸和形狀對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響。為了便于比較各種材料的機(jī)械性能，國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試件的尺寸和形狀有統(tǒng)一規(guī)定。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，（GB6397-86），將金屬拉伸比例試件的尺寸列表如下： 

本實(shí)驗(yàn)的拉伸試件采用國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的長比例試件(圖2－1),實(shí)驗(yàn)段直徑d₀=10mm ,標(biāo)距l(xiāng)₀=100mm 

圖2-1低碳鋼拉伸試件

四、低碳鋼拉伸試驗(yàn)原理和方法

在拉伸實(shí)驗(yàn)前，測定低碳鋼試件的直徑d₀和標(biāo)距l(xiāng)d₀。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將試件安裝在實(shí)驗(yàn)機(jī)的上、下夾頭內(nèi)，并在實(shí)驗(yàn)段的標(biāo)記處安裝引伸儀，以測量實(shí)驗(yàn)段的變形。然后開動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)，緩慢加載，與萬能材料試驗(yàn)機(jī)相聯(lián)的電腦會(huì)自動(dòng)繪制出載荷-變形曲線（F—Δl曲線，見圖2－2）或應(yīng)力-應(yīng)變曲線（σ—ε曲線，見圖2－3），隨著載荷的逐漸增大，材料呈現(xiàn)出不同的力學(xué)性能：

圖2-2 F—Δl曲線

圖2-3 σ—ε曲線

4.1 低碳鋼拉伸曲線分析

4.1.1、彈性階段（Ob段）

在拉伸的初始階段， σ—ε曲線曲線（Oa段）為一直線，說明應(yīng)力與應(yīng)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(diǎn)稱為材料的比例極限（σ_p），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(yīng)力應(yīng)變不再成正比，但若在整個(gè)彈性階段卸載，應(yīng)力應(yīng)變曲線會(huì)沿原曲線返回，載荷卸到零時(shí)，變形也完全消失。卸載后變形能完全消失的應(yīng)力最大點(diǎn)稱為材料的彈性極限（σ_e），一般對(duì)于鋼等許多材料，其彈性極限與比例極限非常接近。

4.1.2、屈服階段（bc段）

超過彈性階段后，應(yīng)力幾乎不變，只是在某一微小范圍內(nèi)上下波動(dòng)，而應(yīng)變卻急劇增長，這種現(xiàn)象成為屈服。使材料發(fā)生屈服的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力或屈服極限（σ_s ）。

當(dāng)材料屈服時(shí)，如果用砂紙將試件表面打磨，會(huì)發(fā)現(xiàn)試件表面呈現(xiàn)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(yīng)力，這些斜紋是由于材料沿最大切應(yīng)力作用面產(chǎn)生滑移所造成的，故稱為滑移線。

4.1.3、硬化階段（ce段）

經(jīng)過屈服階段后，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)曲線上升趨勢，這說明材料的抗變形能力又增強(qiáng)了，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化。

若在此階段卸載，則卸載過程的應(yīng)力應(yīng)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(dāng)載荷卸載到零時(shí)，變形并未完全消失，應(yīng)力減小至零時(shí)殘留的應(yīng)變稱為塑性應(yīng)變或殘余應(yīng)變，相應(yīng)地應(yīng)力減小至零時(shí)消失的應(yīng)變稱為彈性應(yīng)變。卸載完之后，立即再加載，則加載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上沿卸載時(shí)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(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，其比例極限或彈性極限將得到提高，這一現(xiàn)象稱為冷作硬化。

在硬化階段應(yīng)力應(yīng)變曲線存在一最高點(diǎn)，該最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為材料的強(qiáng)度極限（σ_b），強(qiáng)度極限所對(duì)應(yīng)的載荷為試件所能承受的最大載荷F_b。

4.1.4、頸縮階段（ef段）

試樣拉伸達(dá)到強(qiáng)度極限σ_b之前，在標(biāo)距范圍內(nèi)的變形是均勻的。當(dāng)應(yīng)力增大至強(qiáng)度極限f之后，試樣出現(xiàn)局部顯著收縮，這一現(xiàn)象稱為頸縮。頸縮出現(xiàn)后，使試件繼續(xù)變形所需載荷減小，故應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)下降趨勢，直至最后在f點(diǎn)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(yīng)力還有切應(yīng)力。

五、低碳鋼拉伸試驗(yàn)步驟

5.1試驗(yàn)前準(zhǔn)備步驟

• 1、依次打開計(jì)算機(jī)、變壓器，并按下主機(jī)外罩上的“復(fù)位”按鈕啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)。
• 2、雙擊桌面上的試驗(yàn)軟件圖標(biāo)，進(jìn)入軟件操作系統(tǒng)。
• 3、點(diǎn)擊“試驗(yàn)操作”，打開實(shí)驗(yàn)操作界面，做拉伸試驗(yàn)時(shí)，在軟件操作系統(tǒng)的“控制面板”上選取“拉向”。
• 4、用游標(biāo)卡尺測量試樣的直徑和標(biāo)距，并記錄。在試件的標(biāo)距范圍內(nèi)測量試件三個(gè)橫截面處的截面直徑，在每個(gè)截面上分別取兩個(gè)相互垂直的方向各測量一次直徑。取六次測量的平均值做為原始直徑d₀，并據(jù)此計(jì)算試件的橫截面面積A₀ 。測量標(biāo)距時(shí)，要用游標(biāo)卡尺測量三次，并取三次測量結(jié)果的平均值作為試件的原始長度l₀。

5.2做試驗(yàn)

• ⑴ 裝夾拉伸試樣。通過試驗(yàn)機(jī)的“上升”、“下降”按鈕把橫梁調(diào)整到方便裝試件的位置，再把上鉗口松開，夾緊試樣的上端；
• ⑵ 使橫梁下降，當(dāng)試樣能夠夾在下鉗口時(shí)，停止；
• ⑶ 在實(shí)驗(yàn)操作界面上把負(fù)荷、峰值、變形、位移、時(shí)間清零，夾緊下鉗口；
• ⑷ 在“控制面板”上選擇“位移控制”，采用0.2mm/min的速度使橫梁下降，消除預(yù)緊力，使負(fù)荷變?yōu)榱悖?/li>
• ⑸ 裝夾引伸計(jì)，并檢查引伸計(jì)是否已正確連接到計(jì)算機(jī)主機(jī)的端口上；加載速度選0.5mm/min；
• ⑹ 單擊“新建試樣”按鈕，輸入試件的有關(guān)信息，包括直徑（或長、寬）、標(biāo)距，然后點(diǎn)擊“新建試樣” 按鈕，再點(diǎn)擊“確認(rèn)”。
• ⑺ 再次把負(fù)荷、峰值、變形、位移、時(shí)間等各項(xiàng)分別清零。
• ⑻ 單擊“位移方式”，切換為“取引伸計(jì)”模式。在取引伸計(jì)模式下，點(diǎn)擊“開始”按鈕，開始實(shí)驗(yàn)。當(dāng)試件即將進(jìn)入屈服階段時(shí)，屏幕會(huì)彈出對(duì)話框提示取下引伸計(jì)，此時(shí)要迅速取下引伸計(jì)。因?yàn)榇撕笤嚰⑦M(jìn)入屈服階段，在載荷—變形圖上將看到一個(gè)很長的波泿形曲線（表明試件處于流塑階段），應(yīng)力變化不大，但應(yīng)變大大增加。如果不取下引伸計(jì)，引伸計(jì)將被拉壞。接著材料進(jìn)入強(qiáng)化階段，可將加載速度調(diào)至5mm/min，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)直至試樣拉斷。在實(shí)驗(yàn)過程中，注意觀察屈服（流動(dòng)）、強(qiáng)化，卸載規(guī)律、頸縮、斷裂等現(xiàn)象。
• ⑼ 試樣拉斷后，立即按“停止”按鈕。然后點(diǎn)取“保存數(shù)據(jù)” 按鈕，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。取下試樣，先將兩段試件沿?cái)嗫谡R地對(duì)攏，量取并記錄拉斷后兩標(biāo)距點(diǎn)之間的長度l₁，及斷口處最小的直徑d₁，并計(jì)算斷后面積。
• ⑽ 數(shù)據(jù)處理。單擊菜單欄中的“試驗(yàn)分析”，并在相應(yīng)的對(duì)話中選擇需要計(jì)算的項(xiàng)目。然后單擊“自動(dòng)計(jì)算”。需要打印時(shí)單擊“試驗(yàn)報(bào)告”按鈕，把需要輸出的選項(xiàng)移到右側(cè)的空白框內(nèi)，在曲線類型欄中選擇應(yīng)力---應(yīng)變曲線，單擊“確定”銨鈕后打印試驗(yàn)報(bào)告。

六、低碳鋼拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理

記錄試件的屈服抗力F_s和最大抗力F_b。試件斷裂后，測量斷口處的最小直徑d₁和標(biāo)距間的距離l₁。依據(jù)測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算低碳鋼材料的強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。

6.1、低碳鋼強(qiáng)度指標(biāo)

屈服極限：σ_s=F_s/A₀ 其中，A₀=πd²₀/4

強(qiáng)度極限：σ_b=F_b/A₀·δ

6.2、低碳鋼塑性指標(biāo)

延伸率：δ₁₀=（l₁-l₀/l₀）100%

斷面收縮率：ψ==（A₁-A₀/A₀）100%

七、低碳鋼簡要介紹

7.1、低碳鋼概念

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(qiáng)度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。它包括大部分普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和一部分優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，大多不經(jīng)熱處理用于工程結(jié)構(gòu)件，有的經(jīng)滲碳和其他熱處理用于要求耐磨的機(jī)械零件。

7.2、低碳鋼特點(diǎn)

低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強(qiáng)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(jìn)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(shí)效傾向，既有淬火時(shí)效傾向，還有形變時(shí)效傾向。當(dāng)鋼從高溫較快冷卻時(shí)，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(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為淬火時(shí)效。低碳鋼即使不淬火而空冷也會(huì)產(chǎn)生時(shí)效。低碳鋼經(jīng)形變產(chǎn)生大量位錯(cuò)，鐵素體中自碳、氮原子與位錯(cuò)發(fā)生彈性交互作用，碳、氮原子聚集在位錯(cuò)線周圍。這種碳、氮原子與位錯(cuò)線的結(jié)合體稱歲柯氏氣團(tuán)(柯垂耳氣團(tuán))。它會(huì)使鋼的強(qiáng)度和硬度提高而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為形變時(shí)效。形變時(shí)要比淬火時(shí)效對(duì)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(gè)屈服點(diǎn)。自上屈服點(diǎn)出現(xiàn)直到屈服延伸結(jié)束，在試樣表面出現(xiàn)由于不均勻變形而形成的表面皺褶帶，稱為呂德斯帶。不少?zèng)_壓件往往因此而報(bào)廢。其防止方法有兩種。一種高預(yù)形變法，預(yù)形變的鋼放置一段時(shí)間后沖壓時(shí)也會(huì)產(chǎn)生呂德斯帶，因此預(yù)形變的鋼在沖壓之前放置時(shí)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(tuán)引起的形變時(shí)效。

7.3、低碳鋼的用途

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(gòu)件、容器、箱體、爐體和農(nóng)機(jī)具等。優(yōu)質(zhì)低碳鋼軋成薄板，制作汽車駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等深沖制品；還軋成棒材，用于制作強(qiáng)度要求不高的機(jī)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(jīng)熱處理，碳含量在0.15%以上的經(jīng)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。

7.4、低碳鋼的力學(xué)特性

低碳鋼為塑性材料.開始時(shí)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?yàn)樵谶^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。

更多的拉力機(jī)、萬能試驗(yàn)機(jī)、拉力試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、萬能材料試驗(yàn)機(jī)、電子拉力試驗(yàn)機(jī)等儀器資料，盡在廣東越聯(lián)儀器有限公司官方網(wǎng)站http://www.kmusicbox.cn