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1、实验一 低碳钢拉伸实验及弹性模量E的测定一、实验目的1了解试验设备WDW3100微控电子万能试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用时的注意事项。2测定碳钢的屈服极限、强度极限、延伸率、断面收缩率。3测定弹性模量E。4观察拉伸过程中的各种现象，自动生成并打印拉伸图（P一曲线）。5分析材料的力学性质。二、实验设备和量具图1-1 WDW3100微控电子万能试验机1设备：WDW3100微控电子万能试验机（图1-1）。2计算机（安装实验机控制系统软件-如图1-2），打印机一台。图1-2 实验机控制系统软件操作界面3电子应变引伸计。4量具：游标卡尺。万能D3W电子W微机控制系列100最大实验力100
2、KNl WDW3100微控电子万能试验机主要技术参数：最大试验力：100KN；移动横梁行程：1200mm；试验力精确度：0.5%；试验速度：0.05500mm/min；横梁位移显示分辨率：0.01mm；试验区宽度：570 mm。l 工作原理：图1-3 圆形截面试件WDW3100微控电子万能试验机主要由上横梁、移动横梁、台面及两侧立柱组成框架结构，滚珠丝杠固定在台面和上横梁之间，两滚珠丝杠配合螺母及导套固定在移动横梁上。电机通过三级同步带轮减速后带动丝杠旋转，推动移动横梁在设定速度下作直线运动以实现各种试验功能。三、实验试件 低碳钢试件如图l3。夹持部分用来装入试验机夹具中以便夹紧试件，过渡部分
3、用来保证标距部分能均匀受力，这两部分的形状和尺寸，决定于试件的截面形状和尺寸以及机器夹具类型。标距0是待试部分，也是试件的主体，其长度通常简称为标距，也称为计算长度。试件的尺寸和形状对材料的塑性性质影响很大。为了能正确地比较各种材料的力学性质，国家对试件尺寸作了标准化规定。拉伸试件分比例试件和非比例试件两种。比例试件系按公式计算而得。式中为标距，为标距部分原始截面积，系数通常为5.65和11.3（前者称为短试件，后者称为长试件）。据此，短、长圆形试件的标距长度分别等于5、10。非比例试件的标距与其原横截面间无上述一定的关系。根据国家标准（GB22887）将比例试件尺寸列表如下：试件标距长度（m
4、m）横截面积A0（mm）圆形试样直径表示延伸率的符号比例长10d0任意任意短5d0表中:d0表示试件标距部分原始直径；、分别表示标距长度L0为d0的10倍或5倍的试件延伸率。常用试件的形状尺寸、表面粗糙度等可查国家标准GB22887中的附录一、二。四、实验方法及实验原理1、测定试件的截面尺寸圆试件测定其直径的方法是：在试件标距长度的两端和中间三处予以测量，每处在两个相互垂直的方向上各测一次，取其算术平均值，然后取这三个平均数的最小值作为。2、试件标距长度的确定除了要根据圆试样的直径来确定外，还应将其化到5mm或10mm的倍数。等于或大于2.5mm但小于7.5mm者化整为5mm；等于或大于7.5
5、mm者进为10mm，依此类推。在标距两端各打一小标点，使其连线平行于试样的轴线。将两标点间的距离等分10格或20格，并刻出分格线，以便观察变形分布情况，测定其伸长率。3、试验加载范围根据低碳钢的强度极限，估计加在试件上的最大载荷，确定试验机最大试验力是否足够。由于试验机测力部分本身精确度的限制，WDW3100微控电子万能试验机的测力范围为：最大试验力100KN的0.4%-100%，即0.4KN100KN。实验时应保证全部待测载荷均在此范围之内。4、试验过程分析（a） (b)图1-4 不同钢材的屈服图正式实验开始，用慢速加载，使试件的变形匀速增长。国家标准规定的拉伸速度是：屈服前，应力增加速度为
6、10MPas，屈服后，试验机活动夹头在负荷下的移动速度不大于0.5min。对于低碳钢来说，屈服时的曲线如图14(a)所示，其中PS上叫做上屈服载荷，与锯齿状曲线段最低点相应的最小载荷PS下叫下屈服载荷。由于上屈服载荷随试件过渡部分的不同而有很大差异，而下屈服载荷则基本一致，因此一般规定用下屈服载荷来计算屈服极限。有些材料，屈服时的曲线基本上是一个平台的曲线而不是呈现出锯齿形状，如图14(b)所示。屈服阶段终了以后，要使试件继续变形，就必须加大载荷。这时载荷变形曲线将开始上升，材料进入强化阶段，试件的横向尺寸有明显的缩小。如果在强化阶段的某一点处进行卸载，则可以得到一条卸载曲线，实验表明，它与曲
7、线的起始直线部分基本平行。卸载后若重新加载，加载曲线则沿原卸载曲线上升直到该点，此后曲线基本上与未经卸载的曲线重合，这就是冷作硬化效应。图1-5 低碳钢拉伸图随着实验的继续进行，当载荷达到某一值Pb，载荷不再增加的情况下，L继续增加，试件开始出现颈缩现象，继续拉伸直至试件最后在颈缩处断裂。根据测得的Pb可以按 计算出强度极限。其拉伸过程如图1-5所示。5、试件断后标距部分长度的测量将试件拉断后的两段在拉断处紧密对接起来，尽量使其轴线位于一条直线上。拉断处由于各种原因形成缝隙，则此缝隙应计入试样拉断后的标距部分长度内。如拉断处到邻近标距端点的距离大于3，可直接测量两端点间的长度。测量了 ，按下式
8、计算伸长率，即 。圆形试样在缩颈最小处两个相互垂直方向上测量其直径，用二者的算术平均值作为断口直径，来计算其。断面收缩率按下式计算：最后，在进行数据处理时，按有效数字的选取和运算法则确定所需的位数，所需位数后的数字，按四舍六入五单双法处理。6、低碳钢弹性模量E的测定若要测定试件的弹性模量E，则在试验前应在试件上安装电子应变引伸计。材料弹性模量的测定，是在比例极限以内的拉伸试验中进行的。低碳钢在比例极限内服从胡克定律，即：式中，P轴向拉力（N） L0试件标距长度（m） A0为试件原始截面面积（m2） E材料弹性模量（Pa）五、实验操作步骤1、打开总电源；2、打开机架背后的空气开关；3、打开机架前
9、面的钥匙开关；4、打开电脑及打印机；5、点击桌面“材料试验机”图标，进入实验软件界面；6、单击菜单栏“联机”，使软件进入控制试验机状态；7、单击菜单栏“试样录入”，测量试验样件参数，输入试样编号、试样参数等信息，保存并关闭退出；8、单击菜单栏“参数设置”，确定主要实验参数，关闭退出；9、各项显示参数“清零”；10、将试件安装在试验机上，注意试件两端与卡槽底面均留有间隙，然后紧固试件。再将电子应变引伸计的插销插入销孔后安装于试件上，确保安装牢固，然后拔出插销。横梁上升期间注意安全，防止试件运动过快冲击上夹头，遇危险则立即按手轮或操作面板上的“STOP”按钮；图1-6 拉伸试验结果分析11、单击菜单栏“试验开始”，进入拉伸试验过程；12、密切观察试验过程，依提示进行各项操作，随时用手轮或操作面板调节进给速度；13、直至试件拉断，取下两段试件将其对接，测量断面直径和伸长后的标距；14、回到电脑前，顺序点击菜单栏“结束实验”“数据管理”，在弹出的对话框中输入相关数据，点击“确定”显示实验数据。，分析其各项数据。点击“报表”，进行页面设置，选择单元项目并打印。（如图1-6）；15、关闭“数据管理”，单击菜单栏“脱机”、“关闭”，关闭电脑、打印机，关钥匙开关、空气开关、总电源，试验结束。16、填写试验报告并上交。第 8 页 共 8 页