铝合金、低碳钢、铸铁三种材料力学性能的异同
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告低碳钢和铸铁是常见的金属材料，在工业生产和日常生活中广泛应用。
本次实验旨在通过扭转破坏试验比较两种材料的力学性能和强度差异。
1.实验目的：(1)了解低碳钢和铸铁的力学性能；(2)比较低碳钢和铸铁在扭转加载下的强度差异。
2.实验仪器和试件：(1)扭转试验机：用于施加扭转力；(2) 低碳钢试件：长度为200mm，直径为10mm；(3) 铸铁试件：长度为200mm，直径为10mm。
3.实验步骤：(1)准备两组试件，分别为低碳钢和铸铁试件；(2)将试件固定在扭转试验机上，保证试件端部垂直于扭转轴线；(3)施加扭转负荷，并记录扭转力和扭转角度；(4)当试件出现破坏时停止加载，记录破坏负荷和扭转角度。
4.数据记录与结果分析：(1)记录低碳钢和铸铁试件的初始长度、破坏负荷和扭转角度；(2)根据实验数据计算两组试件的强度、延伸率等力学性能参数；(3)对比分析两组试件的性能差异，并解释可能的原因；(4)结合实验数据和结果进行讨论和总结。
5.实验注意事项：(1)在加载过程中，避免超过试件的承载能力，以防止试件破坏过程过快或损坏设备；(2)实验后及时清理和维护实验设备，确保下次实验的可靠性。
6.实验结论：通过对低碳钢和铸铁试件进行扭转破坏实验，可以得出以下结论：(1)低碳钢的强度和延伸率较铸铁更高；(2)铸铁的强度较低，容易发生断裂；(3)低碳钢在扭转加载下具有更好的抗拉强度和延展性。
根据实验结果和分析，可以得出结论：在使用其中一种材料时，根据工程要求和所需力学性能的不同，可以选择合适的金属材料，如低碳钢或铸铁。
低碳钢和铸铁力学性能分析
低碳钢和铸铁力学性能分析题目：低碳钢和铸铁的力学性能分析学院：机械工程学院学号：xxxxxxxxxxx 姓名：专业班级：xxx 指导老师：xxx 日期：2019年4月低碳钢和铸铁的力学性能分析作者：xxx作者单位：255000 山东理工大学摘要：材料的力学性能是指在外力作用下所表现出的抵抗能力。
由于载荷形式的不同，材料可表现出不同的力学性能，如强度、硬度、塑形、韧度、疲劳强度等。
材料的力学性能是零件设计、材料选择及工艺评定的主要依据。
本文主要讨论低碳钢和铸铁的力学性能在拉伸和压缩情况下的影响。
关键词：低碳钢、铸铁、拉伸、压缩（一）材料微观组成分析材料的微观结构几乎决定了外在性能，所以要了解研究材料的性能必须深入研究材料的组成成分。
而研究材料的组成成分需要从下面这张铁碳合金相图说起。
这张图记录了奥氏体在在不同温度下的恒温转变时组成成份和物质状态的变化。
低碳钢是指碳含量低于0.3%的碳素钢;铸铁是指碳含量在2.11%-6.69%的金属，其中用于拉伸和压缩试验的铸铁为灰口铸铁，成分一般范围为Wc=2.5%-4.0% Wsi=1.0%-2.2% Wmn=0.5%-1.3%Ws≤0.15% Wp≤0.3%。
低碳钢经过奥氏体转变的基体是铁素体和珠光体，灰口铸铁的基体是珠光体二次渗碳体和莱氏体。
铁素体和工业纯铁相似，塑形韧性较好，强度硬度较低。
渗碳体是一种复杂的间隙化合物，硬度很高，但塑性和韧性几乎为零，是钢中的主要强化相。
珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，常见的形态是两者呈片层相间分布，片层越细强度越高。
铸铁中的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成的机械混合物，其中渗碳体较多，脆性大，硬度高，塑形很差。
12（二）拉伸试验12A :奥氏体 F:铁素体 P:珠光体 Fe3C:渗碳体 Ld：莱氏体δ：固相区 L:液相区1低碳钢碳含量较低，请强度硬度低，塑形较好，拉伸实验结果3如图可分为四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，对应应力大小分别为ζe、ζs、ζp,材料的变形程度逐渐变大。
材料力学低碳钢铸铁拉伸实验报告
材料力学低碳钢铸铁拉伸实验报告材料力学实验报告实验目的：1.了解和掌握材料拉伸试验的基本原理和操作方法；2.通过拉伸试验获取低碳钢和铸铁的力学性能参数，如抗拉强度、屈服强度、延伸率等；3.分析和对比低碳钢和铸铁的力学性能，并探讨其差异。
实验器材：1.拉伸试验机2.低碳钢和铸铁试样3.卡尺4.万能试验机5.整定尺实验步骤：1.试样制备利用卡尺测量低碳钢和铸铁试样的尺寸。
根据实验要求，制备符合标准的试样。
2.实验装置搭建将试样夹持于拉伸试验机上，确保试样夹持牢固。
3.实验参数设定启动拉伸试验机，设置拉伸速度为固定值。
根据试验标准，设置合适的拉伸速度。
4.开始拉伸试验启动拉伸试验机，进行拉伸实验。
记录试样在拉伸过程中所产生的变形、力值等数据。
5.绘制力与变形曲线利用万能试验机绘制力与变形曲线。
在拉伸试验过程中，通过力传感器和位移传感器实时记录和绘制曲线。
6.计算低碳钢和铸铁的力学性能参数根据拉伸试验数据，计算低碳钢和铸铁的抗拉强度、屈服强度、延伸率等重要力学性能参数。
实验数据：实验结果及分析：1.低碳钢的力学性能参数：通过拉伸试验数据计算得出低碳钢的抗拉强度为XXXMPa，屈服强度为XXXMPa，延伸率为XXX%。
2.铸铁的力学性能参数：通过拉伸试验数据计算得出铸铁的抗拉强度为XXXMPa，屈服强度为XXXMPa，延伸率为XXX%。
3.力学性能参数对比及分析：比较低碳钢和铸铁的力学性能参数，并分析其差异。
比如，低碳钢的抗拉强度和屈服强度较高，延伸率较低，说明低碳钢的强度较大，但延展性较差；而铸铁的抗拉强度和屈服强度较低，延伸率较高，说明铸铁的强度相对较低，但延展性较好。
结论：通过本次拉伸实验，我们获取并分析了低碳钢和铸铁的力学性能参数。
通过对比两种材料的实验结果，我们发现它们在抗拉强度、屈服强度和延伸率等方面存在明显差异。
这些数据和结论为进一步研究材料力学性能提供了重要依据。
实验中的不确定因素和改进措施：1.实验设备和试样不同批次或品质的差异可能会对实验结果产生一定影响。
缸体材料铝合金好还是铸铁好
缸体材料铝合金好还是铸铁好缸体是发动机的重要部件，它的材料选择对于发动机的性能和寿命有着重要的影响。
在缸体材料的选择上，铝合金和铸铁是两种常见的选择。
那么，究竟哪一种材料更好呢？本文将从材料特性、加工工艺、性能表现等方面进行比较，以便于读者更好地了解缸体材料的选择。
首先，我们来看铸铁材料。
铸铁是一种铸造铁碳合金的材料，具有较高的硬度和耐磨性，因此在传统的发动机中被广泛应用。
铸铁的热膨胀系数较小，热稳定性较好，能够在高温高压下保持较好的稳定性。
此外，铸铁的成本相对较低，加工工艺成熟，易于生产和加工。
因此，铸铁在发动机领域有着较好的应用前景。
然而，铝合金材料也有其独特的优势。
铝合金具有较低的密度和良好的导热性能，能够有效地降低发动机的重量，并且有利于散热，提高发动机的工作效率。
与此同时，铝合金材料的强度和刚度也较高，能够满足现代发动机对于轻量化、高性能的要求。
此外，铝合金材料的加工工艺也在不断进步，使得铝合金缸体的生产成本逐渐降低，具有更好的竞争优势。
在性能表现方面，铸铁材料的耐磨性和耐热性较好，适合于传统发动机的使用场景。
而铝合金材料则更适合于现代化发动机，其轻量化和高强度的特性能够更好地满足环保和节能的要求。
综上所述，无法一概而论哪种材料更好，而是要根据具体的使用场景和要求来选择。
传统发动机可以选择铸铁材料，而对于现代化发动机，铝合金材料更为适合。
当然，随着材料科学的不断进步和发展，未来可能会有新的材料出现，为发动机的性能和效率带来更大的提升。
在选择缸体材料时，需要综合考虑材料的特性、加工工艺、性能表现等多个方面，以便于选用最适合的材料，从而提高发动机的性能和可靠性。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地了解缸体材料的选择，为发动机的设计和生产提供参考。
实验二 低碳钢和铸铁的压缩实验
实验二低碳钢和铸铁的压缩实验
低碳钢和铸铁的压缩实验是用来证明两种材料之间的力学性能的一项常用实验。
这种
实验是为了比较低碳钢和铸铁的抗压性能，以确定不同类型的材料在压缩应力下的变形行为。
实验中，在一个金属块的两端施加逐渐增加的压缩力，以及监测压缩的时间和变形量，从而确定对所选金属块的抗压性能。
在该实验中，首先使用一枚规定尺寸和质量的金属块，并安装在一台柱杆上。
然后，
让金属块以恒定的载荷压缩，并记录过程中变形的断面积及时间变化。
当金属块的受力区
受到最大的载荷，即受力最大的断面积变为最小时，实验便结束。
之所以对低碳钢和铸铁进行实验，是因为两种材料在结构力学作用下明显不同。
低碳
钢具有较高的强度，耐腐蚀性、耐热性和机械效率，适合用于制造一些高强度结构部件。
而铸铁属于镁铝合金，具有良好的韧性、抗热变形性和耐腐蚀性，所以，在结构中使用铸
铁特别适合用来制作塑性变形的结构部件，比如支撑架，支架等。
在实验结束后，可以得出低碳钢的变形量比铸铁的变形量小的结论，这表明低碳钢抗
压性能比铸铁更强。
同时，实验还可以帮助更好地理解和研究两种材料的力学性能，为设
计和应用提供有意义的结果。
低碳钢铸铁扭转实验报告
一、实验目的1. 比较低碳钢和铸铁在扭转试验中的性能差异；2. 了解低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏形式；3. 学习材料力学的基本原理，提高实验操作技能。
二、实验原理扭转试验是材料力学实验中的一种基本试验，用于测定材料的扭转性能。
在扭转试验中，试样受到一对相互垂直的力矩作用，产生扭转变形。
根据胡克定律，扭转应力和扭转角之间存在线性关系。
当试样达到剪切屈服极限时，扭矩不再随扭转角线性增加，出现屈服平台。
当试样破坏时，扭矩达到最大值。
三、实验设备及试样1. 实验设备：扭转试验机、游标卡尺、百分表、砂轮机、钢尺等；2. 实验材料：低碳钢、铸铁；3. 实验试样：圆轴试样，直径约为10mm。
四、实验步骤1. 将低碳钢和铸铁试样分别固定在扭转试验机的夹头上；2. 启动试验机，缓慢增加扭矩，同时记录扭矩值；3. 观察试样在扭转过程中的变形和破坏形式；4. 记录试样破坏时的扭矩值；5. 使用游标卡尺测量试样破坏后的直径变化；6. 对试样断口进行观察和分析。
五、实验结果与分析1. 低碳钢试样在扭转试验过程中，当扭矩达到屈服极限时，出现屈服平台。
试样破坏时，扭矩达到最大值。
试样破坏后，直径变化较大，断口呈平面状，属于剪切破坏；2. 铸铁试样在扭转试验过程中，当扭矩达到屈服极限时，出现屈服平台。
试样破坏时，扭矩达到最大值。
试样破坏后，直径变化较小，断口呈斜面状，与轴线成45°～55°角，属于剪切破坏。
六、实验结论1. 低碳钢和铸铁在扭转试验中的性能存在差异。
低碳钢具有较好的塑性和韧性，而铸铁具有较好的脆性；2. 低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏形式不同。
低碳钢试样破坏后，断口呈平面状，而铸铁试样破坏后，断口呈斜面状；3. 低碳钢和铸铁的扭转性能与其材料性能密切相关。
七、实验讨论1. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的扭转性能差异可能与材料的化学成分、组织结构等因素有关；2. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的变形和破坏形式可能与材料的屈服极限、抗拉强度等因素有关；3. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的扭转性能对工程应用具有重要意义，可根据实际需求选择合适的材料。
机械工程常用材料的分类
※ 机械工程常用材料的分类材 料 分 类应 用铸铁灰铸铁低牌号（HT100、HT150）对力学性能无一定要求的零件，如盖、底座、手轮、机床床身等高牌号（HT200～400）承受中等静载的零件，如机身、底座、泵壳、法兰、齿轮、联轴器、飞轮、带轮等可锻铸铁铁素体型（KTH ）承受低、中、高动载荷和静载荷的零件，如差速器壳、犁刀、扳手、支座、弯头等珠光体型（KTZ ） 要求强度和耐磨性较高的零件，如曲轴、凸轮轴齿轮、活塞环、轴套、犁刀等 球墨铸铁 和可锻铸铁基本相同特殊性能铸铁分别用于耐热、耐蚀、耐磨等场合 钢碳素钢低碳钢（碳的质量分数≤0.25％） 铆钉、螺钉、连杆、渗碳零件等 中碳钢（碳的质量分数＞0.25％～ 0.60％） 齿轮、轴、蜗杆、丝杠、联接件等 高碳钢（碳的质量分数＞0.60％） 弹簧、工具、模具等合金钢低合金钢（合金元素总的质量分数≤5％）较重要的钢结构和构件、渗碳零件、压力容器等 中合金钢（合金元素总的质量分数＜5％～10％ 飞机构件、热镦锻模具、冲头等高合金钢（合金元素总的质量分数＞10％） 航空工业蜂窝结构、液体火箭壳体、核动力装置、弹簧等 铸钢普通碳素铸钢 低合金铸钢 机座、箱壳、阀体、曲轴、大齿轮、棘轮等容器、水轮机叶片、水压机工作缸、齿轮、曲轴等特殊用途铸钢分别用于耐蚀、耐热、无磁、电工零件、水轮机叶片、模具等铜合金 铸造铜合金铸造黄铜 铸造青铜 用于轴瓦、衬套、阀体、船舶零件、耐蚀零件、管接头等 用于轴瓦、蜗轮、丝杠螺母、叶轮、管配件等变形铜合金 黄铜青铜用于管、销、铆钉、螺母、垫田、小弹簧、电器零件、耐蚀零件、减摩零件等用于弹簧、轴瓦、蜗轮、螺母、耐磨零件等轴承 合金锡基轴承合金 用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性、导热性均良好铅基轴承合金用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、导热性均良好，价格较低，但强度、韧性和耐蚀性稍差塑料 热塑性塑料（如聚乙烯、有机玻璃、尼龙等）、热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等）用于一般结构零件、减摩件、耐磨零件、传动件、耐腐蚀件、绝缘件、密封件、透明件等橡胶通用橡胶、特种橡胶用于密封件、减振件、防振件、传动带、运输带和软管、绝缘材料、轮胎、胶辊、化工衬里等※ 常用钢铁材料的牌号及力学性能材 料 力 学 性 能试件尺寸／mm 类 别 牌 号 抗拉强度σb／MPa 屈服点σs ／MPa 断后伸长率δ ／％ 碳素结构钢 Q215 Q235 Q275 335~450 375~500 490~630 215 235 275 31 26 20 d ≤16 优质碳素结构钢20 35410 530245 31525 20d ≤2545 65Mn 600735355430169合金结构钢35SiMn40Cr20CrMnTi885980108073578583515910d≤25d≤25d≤15铸钢ZG270—500ZG310—5702703105005701815 d＜100灰铸铁HT150HT200HT250145195240------------壁厚10-20球墨铸铁QT400-15QT5OO-7QT600-34005006002503203701573壁厚30～200※ 钢材常用热处理方法名称操作方法目的应用退火将钢件加热到临界温度（约723°C）以上30～50°C，保温一段时间，然后随炉冷却降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；细化晶粒，改善力学性能；消除冷热加工所产生的内应力适用于碳素钢和合金钢的铸件、锻件和焊接件；一般在毛坯状态下进行退火正火（常化）将钢件加热到临界温度以上30~50°C保温一定时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火快与退火相似用于处理低、中碳钢零件；渗碳零件的预先热处理工序淬火将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，然后在水、盐水或油中快速冷却获得高强度和高硬度，提高耐磨性和耐蚀性适用于碳的质量分数大于0.3％的碳素钢、合金钢；淬火后能发挥钢的强度和耐磨性潜力，但产生很大内应力，降低塑性和韧性，故应回火以得到较好的综合性能回火将淬火后的钢件再加热到临界以下的温度，保温一定时间后，在空气、油或水中冷却按回火温度不同，又分低温回火（150~250°C），中温回火（300~500°C），高温回火（500~650°C）降低或消除淬火后产生的内应力，减少工件变形，提高塑性和韧性；稳定工件尺寸要求硬度55~62HRC，用低温回火；要求硬度35~45HRC，用中温四火；要求硬度23～35HRC用高温回火调质淬火后再进行高温回火改善切削加工性能；减小淬火时的变形；适用于中碳钢和淬透性较好的合金钢；可作为重获得良好的综合力学性能要零件（如轴）的热处理，精密零件的预先热处理时效将钢件加热到120～130℃以下，长时期保温，随炉或在空气中冷却降低或消除淬火后的微观应力和机械加工产生的残余应力稳定工件形状及尺寸※常用金属材料其他数据金属材料熔点、热导率及比热容名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）灰铸铁1200 46.4~92.8 544.3 铝658 203 904.3 铸钢1425 489.9 铅327 34.8 129.5 低碳钢1400~1500 46.4 502.4 锡232 62.6 234.5 黄铜950 92.8 393.6 锌419 110 393.6 青铜995 63.8 385.2 镍1452 59.2 452.2材料线[膨]胀系数材料温度范围(℃)20 20~10 20~200 20~300 20~400 20~600 20~700 20~900 70~1000工程用铜黄铜青铜铸铝合金铝合金碳钢铬钢3Cr131Cr18/Ni9Ti铸铁镍铬合金砖水泥、混凝土胶木、硬橡皮玻璃有机玻璃18.44~24.59.510~1464~7716.6~17.117.817.622.0~24.010.6~12.211.210.216.68.7~11.114.54~11.513017.1~17.218.817.923.4~24.811.3~1311.811.1178.5~11.617.620.918.224.0~25.912.1~13.512.411.617.210.1~12.118.~18.112.9~13.91311.917.511.5~12.718.613.5~14.313.612.317.912.9~13.214.7~1512.818.6 19.317.6常用材料的密度材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg碳钢合金钢球墨铸铁灰铸铁7.8~7.857.97.37.0铅锡镁合金硅钢片11.377.291.747.55~7.8无填料的电木赛璐珞酚醛层压板尼龙61.21.41.3~1.451.4~1.14紫铜黄铜锡青铜无锡青铜碾压磷青铜冷拉青铜工业用铝8.98.4~8.858.7~8.97.5~8.28.88.82.7锡基轴承合金铅基轴承合金胶木板、纤维板玻璃有机玻璃矿物油橡胶石棉板7.34~7.759.33~10.671.3~1.42.4~2.61.18~1.190.921.5~2.0尼龙66尼龙1010纵纤维木材横纤维木材石灰石、花岗石砌砖混凝土1.14~1.151.04~1.060.7~0.90.7~0.92.4~2.61.9~2.31.8~2.45常用材料的弹性模量及泊松比名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ灰、白口铸铁球墨铸铁碳钢合金铜铸钢轧制磷青铜轧制锰黄铜115~160151~160200~2202101751151104561818170~8442400.23~0.270.25~0.290.24~0.280.25-0.30.25~0.290.32~0.350.35铸铝青铜硬铝合金冷拔黄铜轧制纯铜轧制锌轧制铝铅1057191~99110846917422735~37403226~3770.250.31~0.420.31~0.340.270.32~0.360.42常用法定计量单位及换算关系量的名称法定计量单位非法定计量单位换算关系名称符号名称符号旋转速度转每分r/min 1r/min=(1/60)r/s长度米m埃英寸Åin1Å=0.1nm=10-10m1in=0.0254m=25.4mm面积平方米m2公亩公顷aha1a=102m21 ha=104m2体积容积立方米升m3L(1)(1=10-3m3)立方英尺英加仑美加仑f t3UkgalUSgal1ft3=0.0283168m3=28.3168dm31Ukgal=4.54609cm31Usgal=3.78541dm3质量千克（公斤）吨Kgt磅长吨（英吨）e bton1e b=0.45359237cm31ton=1016.05kg力重力牛（顿）N达因千克力，（公斤力）吨力dynkgftf1dyn=10-5N1kgf=9.80665N1tf=9.80665×103N压力压强帕（斯卡）pa巴标准大气压毫米汞柱千克力每平方厘米（工程大气压）baratmmmHgkgf/cm2(at)1bar=0.1Mpa=105pa(1pa=1N/m2)1atm=101325pa1mmHg=133.3224pa1kgf/cm2=9.80665×104 pa应力M 千克力每平方毫米Kgf/mm21kgf/mm2=9.80665×106pa 动力粘度帕[斯卡]秒Pa·s 泊P 1P=0。
抗冲击试验实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在研究不同材料在受到冲击载荷时的性能表现，通过抗冲击试验，测定材料的冲击吸收功、断裂能等指标，评估材料的抗冲击性能。
实验选用不同类型的试样，包括低碳钢、铸铁和铝合金，通过对比分析，探讨材料在冲击载荷下的韧性和脆性变化。
二、实验原理抗冲击试验是研究材料在受到冲击载荷作用下的力学性能的一种实验方法。
实验过程中，将具有一定质量的摆锤从一定高度释放，使其冲击试样，试样在受到冲击过程中所吸收的能量即为冲击吸收功。
冲击吸收功的大小反映了材料在冲击载荷作用下的抗变形能力和抗断裂能力。
冲击吸收功的计算公式如下：\[ Ak = mg(H1 - H2) \]其中，\( Ak \) 为冲击吸收功，\( m \) 为摆锤质量，\( g \) 为重力加速度，\( H1 \) 为摆锤初始高度，\( H2 \) 为摆锤冲击试样后的高度。
三、实验材料与设备1. 实验材料：低碳钢、铸铁、铝合金2. 实验设备：摆锤冲击试验机、游标卡尺、电子秤、试样加工设备等四、实验步骤1. 根据国家标准GB/T 229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，制备不同材料的冲击试样。
2. 将试样安装在摆锤冲击试验机的试样支座上，确保试样缺口位于冲击相背方向，并使缺口位于支座中间。
3. 将摆锤提升至一定高度，使其获得一定的位能。
4. 释放摆锤，使其冲击试样，记录摆锤冲击试样后的高度。
5. 重复上述步骤，进行多次实验，取平均值作为冲击吸收功。
五、实验结果与分析1. 低碳钢试样：在冲击载荷作用下，低碳钢试样表现出较好的韧性，冲击吸收功较高，断裂能较大。
2. 铸铁试样：铸铁试样在冲击载荷作用下，表现出脆性断裂特征，冲击吸收功较低，断裂能较小。
3. 铝合金试样：铝合金试样在冲击载荷作用下，表现出较好的韧性和塑性，冲击吸收功较高，断裂能较大。
六、结论1. 低碳钢和铝合金在冲击载荷作用下，具有良好的抗冲击性能，适合用于承受较大冲击载荷的场合。
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三种材料力学性能的异同
姓名：学号：班号：
摘要: 通过静态拉伸实验测定三种金属和合金材料的力学性能，对实验数据进行分析计算，并对比三种材料力学性能的异同。
关键词:低碳钢、铝合金、铸铁、力学性能，引伸计
引言：力学实验是材料、机械、力学相关课程的重要部分，无论是理论的产生、公式的验证、材料性能的测定等，都离不开实验。
通过实验，不仅巩固了理论知识，还可以熟悉和训练实验技能，培养严肃认真的精神和良好的科学习惯。
因此力学实验是材料、力学、机械类课程实践教学的重要环节。
此次便是通过实验，分析、总结，归纳实验数据和结果，更深入了解和认识低碳钢、铝合金、铸铁的力学性能；为深入专业课程学习奠定基础；同时初步掌握力、变形测试技术及数据处理能力、培养解决实际问题的科研动手能力。
一、实验目的和内容
1、熟悉实验设备（试验机和引伸计等）测定金属材料的拉伸时力学性能参数，
如测定低碳钢的屈服极限，强度极限，延伸率和截面收缩率等指标；
2、观察实验中现象（如断口和颈缩现象），并比较金属材料在拉伸时的变形及破坏形式。
3、比较不同金属材料在拉伸时的力学性能特点。
二、实验名称
拉伸试验
三、实验设备
1. WDW－3050电子万能试验机（50mm引伸计）
试验机可由自身的工作台进行控制，也可连接计算机，由计算机程序进行控制。
本实验测量的数据即来自计算机程序获得的试验机传感器测量值。
2. 50分度游标卡尺
四、试件
l0d0 1、拉伸试验所采用的试件
试件采用三种材料：低碳钢、和铸铁。
低碳钢
和铝合金属于塑性材料；铸铁属于脆性材料。
试件
的外形如图所示。
拉伸试件
1．测定屈服极限σs 、强度极限σb
可根据相应的载荷除以横截面原始面积而得到，即：
0s s A P =
σ， 0b
b A P
=σ
2．测定断后伸长率δ和断面收缩率ψ
断后伸长率和断面收缩率分别用下式进行计算：
%100_001⨯=
L L L δ， %100_0
1
0⨯=A A A ψ
其中：
L 0—试件标距原长。
L 1—试件拉断后的标距长度，可将拉断后的试件对紧，然后测量。
A 0—试件横截面的原始面积。
A 1—试件拉断后颈缩处的最小横截面面积。
注：本实验的辅助器械是50mm 引伸计，用以测量应变。
在铝合金及低碳钢的实验中采用了这种引伸计，而在铸铁的实验中，出于对引伸计的保护，并未加挂引伸计。
六、实验方法及步骤
1、 先用游标卡尺测量试件中间等直杆两端及中间这三个横截面处的直径：在每一横截面内沿互相垂直方向各测量一次并取平均值。
用所测得的三个平均值中最小的值作为试件的初始直径d 0，并按d 0计算试件的初始横截面面积A 0。
再根据试件的初始直径d 0 计算试件的标距l 0，并用游标卡尺在试件中部等直杆段内量取试件标距l 0 。
2、先将试件悬空安装在试验机的下夹头内，再利用工作台移动上夹头到适当位置，然后用夹头将试件上下端夹紧。
3、调整好相机（DH 相机）位置和焦距。
4、打开实验软件，先点联机按钮，然后设置参数。
点击试样录入按钮,输入试验编号及试样参数等。
点击参数设置按钮，输入试验开始点、横梁速度及方向等。
5、选择试验编号和实验曲线，将负荷与位移清零。
6、点击“试验开始”按钮，开始式样，同时仔细观察试样在试验过程中的各种现象。
7、试件被拉断后取下试件，量取拉断后的标距和颈缩处的直径。
8、查看并保存数据。
9、实验结束后，点击“脱机”按钮，关闭实验软件。
然后关闭试验机及计算机。
试验数据记录
八、实验综合分析
一、铝合金
（1）铝合金的力学参数
经过作图我们可以得到铝合金的负荷位移和应力应变曲线。
从中我们能够获得：
图1 铝合金拉伸负荷位移曲线图2 铝合金拉伸应力应变曲线
铝合金的弹性模量：E AL=60.53GPa
屈服极限：σS AL=69.40MPa
强度极限：σB AL=572.90MPa
从图中我们可以看到，在加载的前半段，曲线近似呈线性，这一段是铝合金的线弹性区。
在载荷达到350Mpa，曲线开始逐渐平缓，材料开始出现屈服。
直至应力达到将近600Mpa材料被拉断。
（2）铝合金实验结果分析
实验过程中，在最大负荷值为45kN的条件下，试样并未被拉断，故无法根据断面进行受力和结构分析，但与此同时正体现了其强度高，塑性好的特点，因而在工程上有广泛应用，如在航空、航天、汽车机械制造、船舶及化学工业中已有大量应用。
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。
铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
二、低碳钢
( 1) 低碳钢的力学参数
低碳钢是工程上最广泛使用的材料，同时，低碳钢试样在拉伸试验中所表现出的变形与抗力间的关系也比较典型，故本次试验进行重点分析。
做实验时，可利用试验机的自动绘图装置绘出低碳钢试样的拉伸图。
大致可分为四个阶段：（1）弹性阶段：这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部写出荷载后，试样将恢复其原长。
此阶段内可以测定材料的弹性模量E。
（2）屈服阶段：试样的伸长量急剧地增加，而万能试验机上的荷载读数却在很小范围内波动。
如果略去这种荷载读数的微小波动不计，这一阶段在拉伸图上可用水平线段来表示。
若试样经过抛光，则在试样表面将看到大约与轴线成45°方向的条纹，称为滑移线。
（3）强化阶段试样经过屈服阶段后，若要使其继续伸长，由于材料在塑性变形过程中不断强化，故试样中抗力不断增长。
（4）颈缩阶段和断裂试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低。
此时可以看到试样某一段内横截面面积显著地收缩，出现“颈缩”的现象，一直到试样被拉断
低碳钢的负荷位移和应力应变曲线如下：
图3 低碳钢拉伸负荷位移曲线
图4 低碳钢拉伸应力应变曲线
经计算得到，低碳钢的弹性模量： E S =200.53GPa
屈服极限： σS S =160.48MPa 强度极限： σB S =429.07MPa
（2）低碳钢实验结果分析
低碳钢拉伸断裂后，截面呈杯状，断口处有45度剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状，因此，是一种典型的韧状断口。
其断裂机制也可以用滑移断裂解释。
图5 低碳钢颈缩现象 图6 低碳钢拉伸断裂截面
颈缩现象分析：材料进行拉伸时，应力达到抗拉强度后，试件的某一局部开始变细，就出现了缩颈现象。
缩颈现象产生后，试样的横截面急剧减小，同时试样所需的载荷也减小了。
冷作硬化分析：在进行低碳钢的拉伸实验时，同时在试样上进行了冷作硬化实验。
实验方法如下：先将低碳钢拉伸至强化阶段，开始释放载荷，至12kN 左右，然后恢复载荷，继续拉伸实验。
（如图3所示）从图中可知，重新加载后应力应变重新按正比关系增加，即重新加载曲线为原卸载曲线，且过原卸载点后仍按原曲线变化至最高点后下降最被拉断。
此时比例极限会比原来的值大，而拉断时的总残余应变也减小。
所以工程上常用此来提高构件的比例极限，使材料具有更好的机械性能。
三、 铸铁
(1) 铸铁的力学参数
铸铁是一种典型的脆性材料，拉伸过程中无明显屈服阶段出现。
应力应变曲线较
应力-应变曲线
%
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
M P a
340320300280260240220200
180160140120100806040200X 轴: 313.99 S Y 轴: 423.41 MP a
为光滑，同也没有一段可视为线性增长。
图7 铸铁拉伸载荷位移曲线
同时由于铸铁在实验中截面收缩和延伸情况均不明显，故未计算出具体的延伸率和截面收缩率。
经计算得到，低碳钢的弹性模量： E=8.86GPa
屈服极限： σS=21.75MPa 强度极限： σb=333.12MPa
（2）铸铁实验结果分析
铸铁是典型的脆性材料，它的破坏断口沿横截面方向， 说明铸铁的断裂是由拉应力引起。
断面平齐为闪光的结晶状组织，是典型的脆状断口。
图8铸铁断裂图 图9铸铁断面
参考文献：
1. 韩斌、刘海燕、水小平 《材料力学》 ，兵器工业出版社 ，2009
2. 百度百科：冷作硬化现象，颈缩现象
负荷-位移曲线
mm
5.5
54.543.532.5
21.510.50 N
28,00027,00026,00025,00024,00023,00022,00021,00020,00019,00018,00017,00016,00015,00014,00013,00012,00011,00010,0009,0008,0007,0006,0005,0004,0003,0002,0001,000
X 轴: 0.89 mm Y 轴: 26027.34 N。