压缩实验

压缩实验

（一）实验目的

1．测定压缩时低碳钢的屈服极限σs 和铸铁的强度极限σb 。

2．观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。

铸铁试件压缩实验时，在达到最大载荷P b 前要出现较大的变形后才发生破裂，此时测力指针迅速倒退，由从动指针可读出最大载荷P b 值。铸铁试件最后表面出现与试样轴线大约成45°左右的倾斜裂纹，破坏主要是由剪应力引起的。

（二）实验设备及试件

1．WE-600液压式万能试验机或WDW-3300微机控制电子万能试验机

或W AW-3100微机控制电液伺服万能试验机

2．KL-150游标卡尺。

3．压缩试件

（三）实验原理及装置

低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形（图3-2.1）

图3-2.1 图3-2.2

当试件承受压缩时，其上下两端面与试验机支承垫之间产生很大的摩擦力（图3-2.2），这些摩擦力阻碍试件上部和下部的横向变形。若在试件两端面涂以润滑剂，就可以减小摩擦力，试件的抗压能力将会有所降低。当试件的高度相对增加时，摩擦力对试件中部的影响将有所减小，因此抗压能力与试件高度h 0和直径d 0的比值h 0/ d 0有关。例如这一比值愈大，铸铁的强度极限就愈小。由此可见，压缩试验是有条件的。在相同的实验条件下，才能对不同材料的压缩性能进行比较。金属材料压缩破坏实验所用的试件一般规定为3100

≤≤d h 。

图3-2.3 图3-2.4 图3-2.5

为了尽量使试件承受轴向压力，试件两端面必须完全平行，并且与试件轴线保持垂直。

其端面还应制作得光滑，以减小摩擦力的影响。

试验机应附有球形承垫（图3-2.3），球形承垫位于试件上端或下端。当试件两端面稍有不平行时，球形承垫可以起调节作用，使压力通过试件轴线。

在万能试验机上实验时，利用自动绘图器、可以绘出低碳钢压缩图（图3-2.4）和铸铁压缩图（图3-2.5）。在低碳钢压缩图中，在开始出现变形增长较快的非线性小段时，表示到达了屈服载荷P s但是这时并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。此后，压缩图形沿曲线继续上升，这是因为塑性变形迅速增长，试件横截面面积也随之增大，而增大的面积能承受更大的载荷。因此，在压缩实验中测定P s时要特别小心观察。在缓慢均匀加载下，测力指针等速转动，当材料发生屈服时，主动针将减慢，稍微回退或者停顿一下，这时对应的载荷即为屈服载荷P s，由于指针转动速度的减慢不十分明显，故常要借助绘图器上绘出的压缩图来判断P s到达的时刻。电子万能试验机上可以自动作出压缩图和屈服载荷P s、最大载荷P b。低碳钢试件最后可压成饼状而不破裂，所以无法求出最大载荷及其强度极限。

铸铁试件作压缩实验时，在达到最大载荷P b时测力指针迅速倒退，由从动指针可读出最大载荷P b值。铸铁试件最后表面出现与试件轴线大约成45°左右的倾斜裂纹，破坏主要是由剪应力引起的。

（四）实验步骤

低碳钢试件（在微机控制电子万能试验机上做）

1．试件准备

用游标卡尺测量试件中部的直径，相互垂直量两次取其平均值来计算截面面积A。

根据低碳钢的屈服极限σS乘以试件的面积A。，估算出屈服载荷的大小，定出多大载荷返回。

2．安装试件

将试件两端面涂以润滑剂，然后准确地放在试验机球形承垫的中心处。

3．试验机准备及实验

（1）按住单片机上的F1的同时，用钥匙开机，待密码出现后松开F1键—返回。

（2）操纵遥控盒，使上压板与试件保留1毫米左右的间隙。

（3）打开电脑软件—确定—联机—清零。

（4）试样录入—右键—启动复制—按向下光标—保存—关闭—找出输进的编号。

（5）参数设置—下一步（返回速率定10）下一步—下一步（注意前面的选中项）下一步（负荷增量定10）—关闭—清零—试验开始。

（6）压缩过程中，把试验力-位移曲线找出来，待机器返回后，按停止键。

（7）数据管理—选中序号—单击右键—选曲线类型（试验力、位移）—分析—报表—页面设置—选单元项目—报表预览—打印设置—确定。

（8）脱机—关闭。把试件拿下，把屈服载荷P S填入表中。

（9）请教师检查实验记录，实验数据一律用表格形式。

4．结束工作

将试验机的一切机构复原。

清理试验现场，将借用的仪器归还原处

铸铁试件（在W AW-31000微机控制电液伺服万能试验机上做）

1．试件准备

用游标卡尺测量试件中部的直径，相互垂直量两次取其平均值来计算截面面积A。

2．安装试件

将试件两端面涂以润滑剂，然后准确地放在试验机球形承垫的中心处。

3．试验机准备及实验

（1）打开控制箱—打开电脑软件—用户名称—管理员—密码123—登陆（待几秒钟出现笑脸，力有数字显示）。

（2）试样录入—增加—试验编号—试验组数—压缩—柱形—d —保存试样尺寸—保存—返回。

（3）试样选择—压缩—选定试验编号—试验导航—打开油泵总电源—开泵—上升（3—5）毫米左右—试验力清零—停止。

（4）放试样—操纵遥控器动横梁（使上压板与试样离开2-3毫米）—试验方法—压缩—铸铁—（检查设定参数是否正常）—导入—确定—试验启动—待横梁返回停止。

（5）试验结果—试验浏览—压缩—全部试验—选定编号—曲线分析—曲线整体放大—曲线返回—返回—打印设置—报告打印—压缩—全部试验—选定编号—选定序号—单组打印—报告打印。

（6）把试件拿下，把最大载荷F m 填入记录数据表中。

（7）请教师检查实验记录，实验数据一律用表格形式。

4．结束工作（同前）。

（五）实验数据及计算结果

1．试样尺寸

根据低碳钢的屈服载荷，计算出低碳钢的屈服极限：

o s s A P =σ （MP a ）

根据铸铁的最大载荷，计算出铸铁的强度极限：

o b b A P =σ （MP a ）

式中A o 为实验前试件的横截面面积。

（六）注意事项

1．未经指导教师同意不得开动机器。

2．练习时要严格要遵守操作规程。操作者不得擅自离开操纵台。

3．试验时听见异声或发生任何故障，应立即停车。

（七）思考题

1．由低碳钢和铸铁的拉伸和压缩实验结果，比较塑性材料和脆性材料的力学性质以及它们的破坏形式。

2．为什么铸铁试件在压缩时沿着与轴线大致成45°的斜面破坏？