一低碳钢铸铁的拉伸.docx
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一低碳钢铸铁的拉伸
实验一低碳钢、铸铁的拉伸实验
拉压实验是材料的力学性能实验中最基本最重要的实验，是工程上广泛使用的测定材料力学性能的方法之一。
一、实验目的：
1、了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。
2、通过实验，观察低碳钢和铸铁在拉伸时的变形规律和破坏现象，并进行比较。
3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限Zs、强度极限Zb、延伸率3和截面收缩率“，铸铁拉伸时的强度极限Zb。
、实验设备及试样
1、万能材料试验机
2、游标卡尺
3、钢直尺
4、拉伸试样：
国家GB6397-86的规定，拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种。
比例试样的标距L。
与原始横截
面Ao的关系规定为
（2.2）
式中系数k的值取为5.65时称为短试样，取为11.3时称为长试样。
对直径do的圆截面短试样,
Lo
L。
=5.65；Ao=5do;对长试样，Lo=11.3、_A=10d°。
本实验室采用的是长试样。
非比例试样的
和A。
不受上列关系的限制。
试样的表面粗糙度应符合国标规定。
在图2.7中，尺寸L称为试样的平行长度，
圆截面试样L不小于L。
+d。
；矩形截面试样L不小于L。
+bo/2。
为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡，
要有足够大的过渡圆弧半径R。
试样头部的形状和尺寸，与试验机的夹具结构有关，图2.7所示适用于楔
形夹具。
这时，试样头部长度不小于楔形夹具长度的三分之二。
三、实验原理及方法
常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验。
可用以测定弹性E和卩，比例极限Zp,屈服极限
Zs（或规定非比例伸长应力），抗拉强度Zb,断后伸长率s和截面收缩率“等。
这些力学性能指标都是工程设计的重要依据。
1低碳钢拉伸实验
1）、屈服极限Zs及抗拉强度Zb的测定
对低碳钢拉伸试样加载，当到达屈服阶段时，低碳钢的P-AL曲线呈锯齿形（图2.8）。
与最高载荷
Psu对应的应力称为上屈服点，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。
同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。
一般将初始瞬时效应以后的最低载荷Psi,除以试样
的初始横截面面积A。
，作为屈服极限Zs,即
Psi
Zs=（2.3）
Ao
若试验机由示力度盘和指针指示载荷，则在进入屈服阶段
指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，针所指的最低载荷Psi。
屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了抵抗继的能力（图2.8）o载荷到达最大值Pb时，试样某一局部明显缩小，出现“缩颈”现象。
这时示力度盘的从动针停不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。
拉强度Zb,即
2）伸长率S及截面收缩率“的测定试样的标距原长为L。
，拉断后将两段试样紧密地对接在一起,
量出拉断后的标距长为L1，断后伸长率应为
（C）加
图2.9断口移中法测L1
断口附近塑性变形最大，所以L1的量取与断口的部位有关。
如断口发生于L°的两端或在L°之外，则实
0。
验无效，应重做。
若断口距L0的一端的距离小于或等于Lo（图2.9）,则按下述断移中法测定L°。
在拉
3
断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得B点，若剩余格数为偶数（图设AB长为
半得C点，加1后的一半得C1点，设AB、BC和BC试样拉断后，设缩颈处的最小横截面面积为A取最小截面的直径，以其平均值计算A1,
2、铸铁拉伸实验
铸铁属于脆性材料，拉伸过程中，没有屈服和“颈缩”现象，它的P-
△L曲线近似一条斜直线（如图2.10）,本实验我们只测铸铁的抗拉强度极
限，所以实验结束后，主动针退回零位，从动针所指示的载荷即是P入式（2.4）计算得出Z
四、实验步骤
1、测量试样直径在标距L0的两端及中部三个位置上,
再以三个横
互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积,截面面积中的最小值为A
2、试验机准备根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要
自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和笔装妥。
先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台上升约1cm,以消除其自重。
然后关闭送油阀，调零。
3、安装试样安装拉伸试样时，对A型试验机，可开动下夹头升降电机以调整下夹头的位置，但
不能用下夹头升降电机给试样加载；对E型试验机，用横梁升降按钮调整拉压空间。
4、加载缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。
应避免油阀开启过大，进油太快。
试验进行中，注意
不要触动摆杆和摆锤。
5、试验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。
破坏性试验先取下试样，再缓慢打开回油阀将油
液放回油箱。
非破坏性试验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。
五、实验数据处理
按有关公式，将实验数据计算出来，其数值遵守表2.1的修约规定。
有效数以后的数字进位规则见附
录n⑼。
六、数据分析
对你所得出的数据，作出合理的分析。
表2.1性能指标数值的修约规定
性能
范围
修约到
Zp
ZS、Zp0.2
Zb
<200Mpa以下
1MPa
>
200Mpa~1000MPa
5MPa
>1000MPa
10MPa
0.5%
0.5%
六、问题讨论
试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能有什么不同。
实验二低碳钢、铸铁压缩演示实验
一、实验目的:
1、进一步了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。
2、通过演示，观察低碳钢和铸铁在压缩时的变形规律和破坏现象，并进行比较。
3、测定低碳钢压缩时的屈服极限Zs；铸铁压缩时的强度极限Z
实验设备及试样
1、万能材料试验机
2、游标卡尺
3、钢直尺
4、压缩试样:
压缩试样通常为圆柱形，也分短、长两种（图示）。
试样受压时，两端面与试验机垫板间的摩擦力约束试样的横向变形，影响试样的强度。
随着比值的增大，上述摩擦力对试样中部的影响减弱。
但比值ho/do也不能过大，否则将引起失稳。
测定材料抗压强度的短试样（图2.11a示），通常规定iwho/doW3。
至于图
2.11
ho/do
压缩试样
图2.11
•0POO2
r-
V
金8
图2.12低碳钢压缩P-△L曲线
（b）
退，此时记录下屈服载荷Ps,则有:
2.11b所
示长试
样，多用于测定钢、铜等材料的弹性常数E、例极限和屈服极限等。
三、实验原理及方法
及比
3、铸铁的压缩实验：
铸铁的压缩实验与拉
伸实验的试验曲线形状很相似（如图2.10）。
铸铁压缩
时，破坏断口会沿45°〜55°左右斜截面断裂，此时，主动针会回到零点，从动针停在原位置不动，记录下载荷Pb,代入式（2.4）计算得出铸铁的抗压强度极限Z
b。
4、低碳钢的压缩实验：
低碳钢压缩时，其P
-△L曲线如图2.12，到达屈服时，主动针会停顿甚至倒
此即低碳钢压缩时的屈服极限。
继续施加载荷，试样会越压越扁，但始终测不到
四、实验步骤
1、测量试样直径在试样中部位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算其横截面面积A0。
2、试验机准备根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和笔装妥。
先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台上升约1cm,以消除其自重。
然后关闭送油阀，调零。
3、安装试样直接将压缩试样放于工作台上，上升工作台，使试样与上、下垫板几乎接触为止。
4、加载缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。
应避免油阀开启过大，进油太快。
试验进行中，注意不要触动摆杆和摆锤。
5、试验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。
应先开回油阀回油、卸载，才能取下试样。
五、实验数据处理及分析参照拉伸实验
六、问题讨论
1、铸铁压缩时沿450~550斜面断裂，表明导致破坏的原因是什么？
2、低碳钢压缩时能否得到强度极限Zb?
实验三低碳钢弹性模量E的测定
、实验目的
1、进一步熟练掌握万能材料试验机的操作规程及使用方法。
2、验证胡克定律，测定低碳钢的弹性模量E。
3、熟悉球铰式引伸仪的使用方法。
、设备及试样
1、万能材料试验机
2、球铰式引伸仪
3、游标卡尺
4、低碳钢拉伸试样（10倍试样）
三、实验原理及方法
弹性模量是应力低于比例极限时应力与应变的比值，即
夹紧试样,阶段引伸仪刀刃在试样上的可能滑动，对试样应施加一个初载荷将载荷分成n级，且不小于5,于是
△P=Pn-“（n>5）
n
例如，若低碳钢的屈服极限Zs=235MPa，试样直径do=10mm,则
Pn=1ndo2XZsX80%=14800N（取为15KN）
4
P0=PnX10%=1.5KN
实验时，从P。
到Pn逐级加载，载荷的每级增量为△P。
对应着每个载荷Pi（1=1,2,3,,,n）,记录下相应的
伸长△Li,△Li+1与厶Li的差值即为变形增量S（△L）i,它是△P引起的伸长增量。
在逐级加载中，若得到的各级S（△L）i基本相等，就表明△L与P成线性关系，符合胡克定律.完成一次加载过程，将得到Pi和△Li的一组数据，按线性拟合法求得
—2—2
（2.8）
（HR）2-冒2o_iPiLLi-n^R.LiAo
上式的推导详见附录I,这里不再复述。
除用线性拟合法确定E外,还可用下述弹性模量平均法•对应于每一个S（△L）i,由公式可以求得
相应的E为
EiRL0,i=1,2,,,n（2.9）
Ao心（乩办
n个E的算术平均值
1—
E=Ei（2.10）
n
即为材料的弹性模量。
四、实验步骤
1、测量试样尺寸在标距为Lo的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，
以其平均值计算每个横截面面积，取三者中的最小值计算公式中的Ao。
2、试验机准备根据估计的最大载荷，选择合适的示力度盘和相应的摆锤，并按试验机的操作规程进行操作。
3、安装试样及引伸仪。
4、进行预拉为检查机器和仪表是否处于正常状态，先把载荷预加到测定E的最高载荷Pn,然后
卸载到0~Po之间。
5、加载加载按等增量法进行，应保持加载的均匀、缓慢，并随时检查是否符合胡克定律。
载荷增加到Pn后卸载。
测定E的试验应重复三次。
6、实验完毕，卸载取下引伸仪。
五、实验数据处理
1、用直线拟合法测定E在测定弹性模量所得的几组数据中，选取线性相关性较好的一组数据R、
△Li，拟合为直线。
按附录的公式（I.6）和（I.7）计算相关系数丫，并按公式（2.8）计算弹性模量E。
2、用弹性模量平均法测定E利用上述数据组，按公式（2.9）求出E,然后由公式（2.10）计算
E。
3、弹性模量一般取三位有效数。
六、思考题
1、测定E时，为何要加初载荷Po?
并限制最高载荷Pn?
2、使用增量法加载的目的是什么？
实验四扭转实验
工程实际中，有很多构件，如各种机器的轴类零件、弹簧、钻杆等都承受扭转变形。
材料在扭转变形下的力学性能，如切变模量G、剪切屈服极限ns和剪切强度极限nb等，都是进行扭转强度和刚度计算的重要依据。
此外
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