低碳鋼和鑄鐵的拉伸時受什麼應力

A. 低碳鋼和鑄鐵這兩種材料在拉伸時的力學性能有何區別

在拉伸測試中，鑄鐵和低碳鋼表現出顯著的力學性能差異。鑄鐵在受力時傾向於突然斷裂，表現出脆性特徵，斷裂前幾乎沒有明顯的塑性變形階段。這種脆性斷裂往往在材料內部存在微小缺陷或應力集中點時發生。

相比之下，低碳鋼在拉伸過程中則展現出明顯的塑性變形特性。低碳鋼在達到屈服點後，能夠承受較大的塑性變形而不立即斷裂。隨著應力增加，材料逐漸產生塑性變形直至最終斷裂，這一過程通常伴隨著明顯的塑性變形階段，使得低碳鋼在工程應用中具有較高的安全性。

這種差異主要歸因於材料內部微觀結構的不同。鑄鐵由於含有較高的碳含量，且存在石墨相，使得其內部結構更加脆弱，容易在應力集中點產生裂紋並迅速擴展，導致脆性斷裂。而低碳鋼中的碳含量較低，且組織結構更為緊密，使得材料在受力時能夠更均勻地分散應力，從而產生顯著的塑性變形。

了解這些差異對於材料的選擇和工程設計至關重要。在需要高韌性和安全性的應用場景中，低碳鋼更為合適，而鑄鐵則更適合於需要高強度但對韌性要求不高的場合。

此外，通過熱處理、合金化等工藝手段，可以進一步調整這兩種材料的力學性能，以滿足特定應用需求。例如，通過正火或調質處理，可以提高低碳鋼的強度和韌性；而合金化則可以改善鑄鐵的耐磨性和抗腐蝕性能。

綜上所述，鑄鐵和低碳鋼在拉伸時的力學性能存在顯著差異，這些差異主要源自於材料內部微觀結構的差異。通過合理選擇和優化處理工藝，可以充分發揮這兩種材料的優勢，滿足不同工程應用的需求。

B. 低碳鋼和鑄鐵受力時有何異同

一、受拉時：

1、低碳鋼受拉時斷口局部頸縮，有明顯屈服階段；

2、鑄鐵受拉時沒有明顯頸縮，鑄鐵成分一般是共晶白口鐵或者過共晶白口鐵，脆性材料，故無明顯屈服階段。

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一、低碳鋼：

1、低碳鋼為韌性材料。其拉伸時的應力-應變曲線主要分四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段、局部變形階段，在局部變形階段有明顯的屈服和頸縮現象。開始時為彈性階段，完全遵守胡克定律沿直線上升，比例極限以後變形加快，但無明顯屈服階段。

2、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，其冷成形性良好可採用卷邊、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。

3、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，鐵素體中碳、氮處於過飽和狀態，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。

二、鑄鐵：

1、含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業用鑄鐵一般含碳量為2.5%～3.5%。碳在鑄鐵中多以石墨形態存在，有時也以滲碳體形態存在。

2、除碳外，鑄鐵中還含有1%～3%的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素

三、拉伸實驗

1、測定材料在拉伸載荷作用下的一系列特性的試驗，又稱抗拉試驗。它是材料機械性能試驗的基本方法之一，主要用於檢驗材料是否符合規定的標准和研究材料的性能。

2、伸試驗可測定材料的一系列強度指標和塑性指標。強度通常是指材料在外力作用下抵抗產生彈性變形、塑性變形和斷裂的能力。材料在承受拉伸載荷時，當載荷不增加而仍繼續發生明顯塑性變形的現象叫做屈服。產生屈服時的應力，稱屈服點或稱物理屈服強度

3、試驗時，試驗機以規定的速率均勻地拉伸試樣，試驗機可自動繪制出拉伸曲線圖。對於低碳鋼等塑性好的材料，在試樣拉伸到屈服點時，測力指針有明顯的抖動，可分出上、下屈服點（和），在計算時,常取材料的 δ和ψ可將試驗斷裂後的試樣拼合，測量其伸長和斷面縮小而計算出來。

C. 低碳鋼和鑄鐵拉伸破壞的主要原因

鑄鐵的缺羨拉伸破壞發生在橫截面上，是由最大拉應力造成的。壓縮破壞發生在約50-55度斜截面上，是由最大切應力造成的。扭轉破壞發生在45度螺旋面上，是由最大拉應力造成的。

低碳鋼拉伸破壞的主要原因是最大切應力引起塑性屈服。引起鑄鐵斷裂的主要原因是最大拉應力引起脆性斷裂，這說明低碳鋼的抗能力大於抗剪能力，而鑄鐵抗剪能力大於抗拉能力。

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鑄鐵的組織和機械性能：

灰鑄鐵的凝固形態隨著碳當量變化。在碳當量小於4.3%的亞共晶條件下，首先奧氏體樹枝晶析出（叫做初晶奧氏體），當殘留的鐵液變成共晶成分時，由石墨和奧氏體兩相層狀組織形成的共晶團形核、成長，凝固結束。

過共晶成分條件下，首先結晶出板狀石墨（叫做初生石墨），當殘留鐵液達到共晶成分時，共晶團形核、生長。灰鑄鐵由幾乎沒有強改螞度的石墨和具有強度的鐵基體（鐵素體或者珠光體）組成，這二者的形狀和數量決定了機械性能。

D. 低碳鋼和鑄鐵的區別是什麼

低碳鋼拉伸和鑄鐵在扭轉破壞時斷裂方式不一樣，拉伸的斷裂方式是拉斷，試件受正應力，表現為斷裂截面收縮、斷裂後試件總長大於原試件長度。

鑄鐵在扭轉破壞使的斷裂方式是剪斷，試件受切應力，表現為試樣表面的橫向與縱向出現滑移線，最後沿橫截面被剪斷，斷裂截面面積不變。

鑄鐵壓縮破壞時,斷口方位角約為55°-60°，在該截面上存在較大的切應力，所以,其破壞方式是剪斷。扭轉時，所受的外力也是剪力，所以，破壞方式與壓縮時相同，為剪斷。

低碳鋼是韌性材料，鑄鐵是脆性材料

鑄鐵：

扭轉試驗——斷口與軸線成45度，屬於拉伸破壞

拉伸試驗——斷口是平面，屬於拉伸破壞

壓縮試驗——45度碎裂，只能剪切破壞

脆性材料的抗剪切強度大於抗拉伸強度。彈性變形很小，基本無塑性變形，屈服強度與抗拉強度基本相同。

低碳鋼：

扭轉試驗——變形很大，旋轉很多圈，斷口是平面，屬於剪切破壞

拉伸試驗——變形很大，斷口縮頸後，埠有45度茬口，屬於剪切破壞

壓縮試驗——呈腰鼓形塑性變形

韌性材料的抗剪切強度小於抗拉伸強度。彈性變形和塑性變形都很大。

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低碳鋼與鑄鐵的比較

1、低碳鋼

低碳鋼為碳含量低於0.25%的碳素鋼，因其強度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。

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，低碳鋼在拉斷時會表現出斷裂截面收縮，斷裂後試件的總長也會大於原試件的長度。

2、鑄鐵

含碳量在2%以上的鐵碳合金為鑄鐵。工業用鑄鐵一般含碳量為2.5%～3.5%。碳在鑄鐵中多以石墨形態存在，有時也以滲碳體形態存在。

除碳外，鑄鐵中還含有1%～3%的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。鑄鐵可分為：灰口鑄鐵。含碳量較高（2.7%～4.0%），白口鑄鐵，可鍛鑄鐵，蠕墨鑄鐵等。

由於鑄鐵具有較強的耐磨性和柔韌性，在做扭轉試驗時或壓縮試驗時，屬於拉伸破壞或剪切破壞。

E. 低碳鋼和鑄鐵的拉伸時的力學性能有什麼不同

一、力學性能不同

1、低碳鋼：拉伸時的應力-應變曲線主要分四個階段版：彈性階段、屈權服階段、強化階段、局部變形階段，在局部變形階段有明顯的屈服和頸縮現象。開始時為彈性階段，完全遵守胡克定律沿直線上升，比例極限以後變形加快，但無明顯屈服階段。

2、鑄鐵：對基體的割裂作用影響最小，因而具有很高的強度、良好的韌性、塑性和切削加工性。

二、構成不同

1、低碳鋼：為碳含量低於0.25%的碳素鋼，因其強度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。

2、鑄鐵：主要由鐵、碳和硅組成的合金的總稱。在這些合金中，含碳量超過在共晶溫度時能保留在奧氏體固溶體中的量。

三、用處不同

1、低碳鋼：包括大部分普通碳素結構鋼和一部分優質碳素結構鋼，大多不經熱處理用於工程結構件，有的經滲碳和其他熱處理用於要求耐磨的機械零件。

2、鑄鐵：於退火周期長，工藝復雜，成本高，只適 用於大批量生產薄壁零件。

F. 比較低碳鋼和鑄鐵在受扭轉和拉伸時其變形情況有何異同之處

在面對扭轉和拉伸這兩種力學作用時，低碳鋼和鑄鐵展現出不同的力學特性。低碳鋼因其良好的塑性和韌性，在這兩種受力情況下的表現更為穩定。當受到拉伸作用時，低碳鋼能夠承受較大的應力，材料會逐漸變形並產生彈性回復，直至材料達到其屈服點，變形量顯著增加。即使在超過屈服點的應力作用下，低碳鋼仍然能承受一些塑性變形而不立即斷裂。這種特性使得低碳鋼在工程應用中更為廣泛，如橋梁、建築結構等。

相比之下，鑄鐵的硬度較高，但其質脆特性意味著在受到扭轉或拉伸時，鑄鐵的抗變形能力較差。當鑄鐵受到拉伸力時，其變形過程較為有限，一旦達到其強度極限，鑄鐵會迅速斷裂。鑄鐵的脆性使其在承受沖擊載荷時容易破裂，這限制了其在某些特定工程領域的應用。盡管如此，鑄鐵因其優異的耐磨性和耐高溫特性，在鑄造和機械加工領域仍有重要應用。

綜上所述，低碳鋼和鑄鐵在變形情況上的差異主要體現在它們的塑性和脆性上。低碳鋼展現出良好的塑性和韌性，能夠承受較大的拉伸應力而不立即斷裂，而鑄鐵則因脆性特性，在承受同樣應力時更容易發生斷裂。這種差異使得在選擇材料時需根據具體應用場景的需求進行合理選擇。

在實際應用中，這些差異決定了材料的選擇。例如，在需要高韌性和塑性的場合，如橋梁建設，低碳鋼是更優的選擇。而在需要耐磨和耐高溫的場合，如鑄造件和機械零件，鑄鐵則因其獨特的性能而被廣泛使用。