一低碳钢铸铁的拉伸.docx

1、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 Z s、强度极限Z b、延伸率3和截面收缩率“，铸铁拉伸时的 强度极限Z b。、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

2、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,LoL。=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

3、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Z p,屈服极限Z s （或规定非比例伸长应力），抗拉强度Z b,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Z s及抗拉强度Z b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P su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P si,除以试样的初始横截

4、面面积A 。，作为屈服极限Z s,即PsiZ s= （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Z b,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L 1，断后伸长率应为(C)加图2.9断口移中法测L1

5、断口附近塑性变形最大，所以L 1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L 0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C 1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

6、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L 0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A2、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1 cm,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

7、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n。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Z pZ S、Z p0.2Z b200Mpa1000MPa5MPa 1000 MPa10MPa0.5

8、%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 Z s；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

9、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iw ho/doW 3。至于 图2.11ho/do压缩试样图 2.11 0POO2r-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P s,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 4555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P b,代入式（2.4）计算得出铸铁的抗压强度极限 Zb。

10、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A 0。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1 cm,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

11、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 450550 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 Z b?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、

12、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 - “ （n5）n例如，若低碳钢的屈服极限 Z s=235MPa，试样直径do=10mm,则Pn= 1 n do2X Z sX 80%=14800N （取为 15KN ）4P0=PnX 10%=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

13、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_ iPiL Li - nR . Li Ao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Ei R L0 , 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

14、 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0Po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

15、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n s和剪切强度极限n b等，都是进行扭转强度和刚度计算的 重要依据。此外