低碳钢和铸铁的拉伸时受什么应力

A. 低碳钢和铸铁这两种材料在拉伸时的力学性能有何区别

在拉伸测试中，铸铁和低碳钢表现出显著的力学性能差异。铸铁在受力时倾向于突然断裂，表现出脆性特征，断裂前几乎没有明显的塑性变形阶段。这种脆性断裂往往在材料内部存在微小缺陷或应力集中点时发生。

相比之下，低碳钢在拉伸过程中则展现出明显的塑性变形特性。低碳钢在达到屈服点后，能够承受较大的塑性变形而不立即断裂。随着应力增加，材料逐渐产生塑性变形直至最终断裂，这一过程通常伴随着明显的塑性变形阶段，使得低碳钢在工程应用中具有较高的安全性。

这种差异主要归因于材料内部微观结构的不同。铸铁由于含有较高的碳含量，且存在石墨相，使得其内部结构更加脆弱，容易在应力集中点产生裂纹并迅速扩展，导致脆性断裂。而低碳钢中的碳含量较低，且组织结构更为紧密，使得材料在受力时能够更均匀地分散应力，从而产生显著的塑性变形。

了解这些差异对于材料的选择和工程设计至关重要。在需要高韧性和安全性的应用场景中，低碳钢更为合适，而铸铁则更适合于需要高强度但对韧性要求不高的场合。

此外，通过热处理、合金化等工艺手段，可以进一步调整这两种材料的力学性能，以满足特定应用需求。例如，通过正火或调质处理，可以提高低碳钢的强度和韧性；而合金化则可以改善铸铁的耐磨性和抗腐蚀性能。

综上所述，铸铁和低碳钢在拉伸时的力学性能存在显著差异，这些差异主要源自于材料内部微观结构的差异。通过合理选择和优化处理工艺，可以充分发挥这两种材料的优势，满足不同工程应用的需求。

B. 低碳钢和铸铁受力时有何异同

一、受拉时：

1、低碳钢受拉时断口局部颈缩，有明显屈服阶段；

2、铸铁受拉时没有明显颈缩，铸铁成分一般是共晶白口铁或者过共晶白口铁，脆性材料，故无明显屈服阶段。

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一、低碳钢：

1、低碳钢为韧性材料。其拉伸时的应力-应变曲线主要分四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段，在局部变形阶段有明显的屈服和颈缩现象。开始时为弹性阶段，完全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。

2、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。

3、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，铁素体中碳、氮处于过饱和状态，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。

二、铸铁：

1、含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2.5%～3.5%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。

2、除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素

三、拉伸实验

1、测定材料在拉伸载荷作用下的一系列特性的试验，又称抗拉试验。它是材料机械性能试验的基本方法之一，主要用于检验材料是否符合规定的标准和研究材料的性能。

2、伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标。强度通常是指材料在外力作用下抵抗产生弹性变形、塑性变形和断裂的能力。材料在承受拉伸载荷时，当载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象叫做屈服。产生屈服时的应力，称屈服点或称物理屈服强度

3、试验时，试验机以规定的速率均匀地拉伸试样，试验机可自动绘制出拉伸曲线图。对于低碳钢等塑性好的材料，在试样拉伸到屈服点时，测力指针有明显的抖动，可分出上、下屈服点（和），在计算时,常取材料的 δ和ψ可将试验断裂后的试样拼合，测量其伸长和断面缩小而计算出来。

C. 低碳钢和铸铁拉伸破坏的主要原因

铸铁的缺羡拉伸破坏发生在横截面上，是由最大拉应力造成的。压缩破坏发生在约50-55度斜截面上，是由最大切应力造成的。扭转破坏发生在45度螺旋面上，是由最大拉应力造成的。

低碳钢拉伸破坏的主要原因是最大切应力引起塑性屈服。引起铸铁断裂的主要原因是最大拉应力引起脆性断裂，这说明低碳钢的抗能力大于抗剪能力，而铸铁抗剪能力大于抗拉能力。

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铸铁的组织和机械性能：

灰铸铁的凝固形态随着碳当量变化。在碳当量小于4.3%的亚共晶条件下，首先奥氏体树枝晶析出（叫做初晶奥氏体），当残留的铁液变成共晶成分时，由石墨和奥氏体两相层状组织形成的共晶团形核、成长，凝固结束。

过共晶成分条件下，首先结晶出板状石墨（叫做初生石墨），当残留铁液达到共晶成分时，共晶团形核、生长。灰铸铁由几乎没有强改蚂度的石墨和具有强度的铁基体（铁素体或者珠光体）组成，这二者的形状和数量决定了机械性能。

D. 低碳钢和铸铁的区别是什么

低碳钢拉伸和铸铁在扭转破坏时断裂方式不一样，拉伸的断裂方式是拉断，试件受正应力，表现为断裂截面收缩、断裂后试件总长大于原试件长度。

铸铁在扭转破坏使的断裂方式是剪断，试件受切应力，表现为试样表面的横向与纵向出现滑移线，最后沿横截面被剪断，断裂截面面积不变。

铸铁压缩破坏时,断口方位角约为55°-60°，在该截面上存在较大的切应力，所以,其破坏方式是剪断。扭转时，所受的外力也是剪力，所以，破坏方式与压缩时相同，为剪断。

低碳钢是韧性材料，铸铁是脆性材料

铸铁：

扭转试验——断口与轴线成45度，属于拉伸破坏

拉伸试验——断口是平面，属于拉伸破坏

压缩试验——45度碎裂，只能剪切破坏

脆性材料的抗剪切强度大于抗拉伸强度。弹性变形很小，基本无塑性变形，屈服强度与抗拉强度基本相同。

低碳钢：

扭转试验——变形很大，旋转很多圈，断口是平面，属于剪切破坏

拉伸试验——变形很大，断口缩颈后，端口有45度茬口，属于剪切破坏

压缩试验——呈腰鼓形塑性变形

韧性材料的抗剪切强度小于抗拉伸强度。弹性变形和塑性变形都很大。

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低碳钢与铸铁的比较

1、低碳钢

低碳钢为碳含量低于0.25%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。

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，低碳钢在拉断时会表现出断裂截面收缩，断裂后试件的总长也会大于原试件的长度。

2、铸铁

含碳量在2%以上的铁碳合金为铸铁。工业用铸铁一般含碳量为2.5%～3.5%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。

除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁可分为：灰口铸铁。含碳量较高（2.7%～4.0%），白口铸铁，可锻铸铁，蠕墨铸铁等。

由于铸铁具有较强的耐磨性和柔韧性，在做扭转试验时或压缩试验时，属于拉伸破坏或剪切破坏。

E. 低碳钢和铸铁的拉伸时的力学性能有什么不同

一、力学性能不同

1、低碳钢：拉伸时的应力-应变曲线主要分四个阶段版：弹性阶段、屈权服阶段、强化阶段、局部变形阶段，在局部变形阶段有明显的屈服和颈缩现象。开始时为弹性阶段，完全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。

2、铸铁：对基体的割裂作用影响最小，因而具有很高的强度、良好的韧性、塑性和切削加工性。

二、构成不同

1、低碳钢：为碳含量低于0.25%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。

2、铸铁：主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。

三、用处不同

1、低碳钢：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。

2、铸铁：于退火周期长，工艺复杂，成本高，只适 用于大批量生产薄壁零件。

F. 比较低碳钢和铸铁在受扭转和拉伸时其变形情况有何异同之处

在面对扭转和拉伸这两种力学作用时，低碳钢和铸铁展现出不同的力学特性。低碳钢因其良好的塑性和韧性，在这两种受力情况下的表现更为稳定。当受到拉伸作用时，低碳钢能够承受较大的应力，材料会逐渐变形并产生弹性回复，直至材料达到其屈服点，变形量显著增加。即使在超过屈服点的应力作用下，低碳钢仍然能承受一些塑性变形而不立即断裂。这种特性使得低碳钢在工程应用中更为广泛，如桥梁、建筑结构等。

相比之下，铸铁的硬度较高，但其质脆特性意味着在受到扭转或拉伸时，铸铁的抗变形能力较差。当铸铁受到拉伸力时，其变形过程较为有限，一旦达到其强度极限，铸铁会迅速断裂。铸铁的脆性使其在承受冲击载荷时容易破裂，这限制了其在某些特定工程领域的应用。尽管如此，铸铁因其优异的耐磨性和耐高温特性，在铸造和机械加工领域仍有重要应用。

综上所述，低碳钢和铸铁在变形情况上的差异主要体现在它们的塑性和脆性上。低碳钢展现出良好的塑性和韧性，能够承受较大的拉伸应力而不立即断裂，而铸铁则因脆性特性，在承受同样应力时更容易发生断裂。这种差异使得在选择材料时需根据具体应用场景的需求进行合理选择。

在实际应用中，这些差异决定了材料的选择。例如，在需要高韧性和塑性的场合，如桥梁建设，低碳钢是更优的选择。而在需要耐磨和耐高温的场合，如铸造件和机械零件，铸铁则因其独特的性能而被广泛使用。