低碳钢、铸铁拉伸与压缩实验报告

材料力学实验报告

班级：机制B18-4

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学号：*******

指导老师：***

目录

金属材料的拉伸实验（电子） (3)

一．实验目的 (3)

二．仪器设备 (3)

三．试件 (3)

四．测试原理 (3)

1．低碳钢拉伸 (4)

2．铸铁拉伸 (5)

五、实验步骤 (6)

1、低碳钢的拉伸 (6)

2、铸铁的拉伸 (7)

六、实验注意事项 (7)

七、实验数据处理与分析 (7)

1、实验数据表格 (7)

2、强度指标的计算： (8)

3、塑性指标： (8)

八、思考题 (8)

金属材料的压缩实验(电子) (9)

一、实验目的 (9)

二、仪器设备 (9)

三、试件制备 (9)

四、实验原理 (9)

五、实验步骤 (10)

六、实验注意事项 (10)

七、实验数据处理与分析 (11)

八、实验报告 (11)

金属材料的拉伸实验（电子）

一．实验目的

1．测定低碳钢材料在常温、静载条件下的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和断面收缩率ψ。

2．测定铸铁材料在常温静载下的强度极限σb。

3．观察低碳钢﹑铸铁在拉伸过程中出现的各种现象，分析P-△L图的曲线特征。

4．比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试件断口情况分析其破坏原因。

5．了解微机控制电子万能材料试验机的构造原理，学习其使用方法。

二．仪器设备

1．微机控制电子万能材料试验机

2．游标卡尺（精度0.02mm）

三．试件

在测试某一力学性能参数时，为了避免试件的尺寸和形状对实验结果的影响，便于各种材料力学性能的测试结果的互相比较，采用国家标准规定的比例试件。国家标准规定比例试件应符合以下关系：L0=K 。对于圆形截面试件，K值通常取5.65或11.3。即直径为d0的圆形截面试件标距长度分别为5d0和10d0。本试验采用L0=10d0的比例试件。

四．测试原理

（图1）

图1为试验机绘出的碳钢拉伸P-ΔL曲线图，拉伸变形ΔL是整个试件的伸长，并且包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动，故绘出的曲线图最初一段是曲线，流动阶段上限B受变形速度和试件形式影响，下屈服点B则比较稳定，工程上均以B点对应的载荷作为材料屈服时的载荷P S.以试样的初始横截面积A0除P S,即得屈服极限:

σS=P S

A0

屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力，载荷到达最大值P b时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力盘的从动针停留在P b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。以试样的初始横截面面积A0除P b得强度极限为

σb=P b

A0

延伸率δ及断面收缩率φ的测定，试样的标距原长为L0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，延伸率应为

δ=L1−L0

×100%

L0

试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A1,由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A1.然后按下式计算断面收缩率

×100%

Ψ=A0−A1

A0

铸铁试件在变形极小时，就达到最大载荷P S而突然发生断裂。没有屈服和颈缩现象，其强度极限远小于低碳钢的强度极限。

（图2）

（图3）

图2为低碳钢试件的压缩图，在弹性阶段和屈服阶段，它与拉伸时的形状基本上是一致的，而且P S也基本相同，所以说，低碳钢材料在压缩时的E和σS，都与拉伸时大致相同，低碳钢的塑性好，由于泊松效应，试件越压越粗,不会破坏，横向膨胀在试件两端受到试件与承垫之间巨大摩擦力的约束，试件被压成鼓形，进一步压缩，会压成圆饼状，低碳钢试件压不坏，所以没有强度极限。

图3为铸铁试件压缩图，P-ΔL比同材料的拉伸图要高4-5倍，当达到最大载荷P S 时，铸铁试件会突然破裂，断裂面法线与试件轴线大致成45 ~ 55的倾角。这表面，铸铁压缩破坏主要是由剪应力引起的。

1．低碳钢拉伸

⑴．弹性阶段

弹性阶段为拉伸曲线中的OB段。在此阶段，试件上的变形为弹性变形。OA段直线为线弹性阶段，表明载荷与变形之间满足正比例关系。接下来的AB段是一非线弹性阶段，但仍满足弹性变形的性质。

⑵．屈服阶段

过弹性阶段后，试件进入屈服阶段，其力与曲线为锯齿状曲线BC段。此时，材料丧失了抵抗变形的能力。从图形可看出此阶段载荷虽没明显的增加，但变形继续增加；如果试件足够光亮，在试件表面可看到与试件轴线成45°方向的条纹，即滑移线。在此阶段试件上的最小载荷即为屈服载荷P s.

⑶．强化阶段

材料经过屈服后，要使试件继续变形，必须增加拉力，这是因为晶体滑移后增加了抗剪能力，同时散乱的晶体开始变得细长，并以长轴向试件纵向转动，趋于纤维状呈现方向性，从而增加了变形的抵抗力，使材料处于强化状态，我们称此阶段为材料的强化阶段（曲线CD 部分）。强化阶段在拉伸图上为一缓慢上升的曲线，若在强化阶段中停止加载并逐步卸载，可以发现一种现象——卸载规律，卸载时载荷与伸长量之间仍遵循直线关系，如果卸载后立即加载，则载荷与变形之间基本上还是遵循卸载时的直线规律沿卸载直线上升至开始卸载时的M点。我们称此现象为冷作硬化现象。从图可知，卸载时试件的伸长不能完全恢复，还残留了OQ一段塑性伸长。

⑷．颈缩阶段

当试件上的载荷达到最大值后，试件的变形沿长度方向不再是均匀的了，在试件某一薄弱处的直径将显著的缩小，试件出现颈缩现象，由于试件截面积急剧减小，试件所能承受的载荷也随之下降，最后，试件在颈缩处断裂。试件上的最大载荷即为强度极限载荷。2．铸铁拉伸

铸铁在拉伸时没有屈服阶段，拉伸图为一接近直线的曲线（图4），在变形极小时就达到最大载荷而突然发生破坏，因此，只测最大载荷P b并计算σb=P b/A0.

（图4）