金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及實(shí)驗(yàn)報(bào)告李洋 編專 業(yè)：班級(jí)學(xué)號(hào)：姓 名：沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 學(xué)年度第 學(xué)期目錄實(shí)驗(yàn)一拉伸實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)二扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)4學(xué)生實(shí)驗(yàn)須知1實(shí)驗(yàn)前必須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中相關(guān)的內(nèi)容，了解本次實(shí)驗(yàn)的目的、要求及注意事項(xiàng)。2按預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，不得無(wú)故遲到、早退、缺席。3進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，不得高聲喧嘩和擅自亂動(dòng)儀器設(shè)備，損壞儀器要賠償。4保持實(shí)驗(yàn)室整潔，不準(zhǔn)在機(jī)器、儀器及桌面上涂寫，不準(zhǔn)亂丟紙屑，不準(zhǔn)隨地吐痰。5實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守操作步驟和注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)中，若遇儀器設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)立即向教師報(bào)告，及時(shí)檢查，排除故障后，方能繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。6實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若未按操作規(guī)程操作儀器，導(dǎo)致儀器損壞者，

2、將按學(xué)校有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理。7實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，同組同學(xué)要相互配合，認(rèn)真測(cè)取和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；8實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將儀器、工具清理擺正。不得將實(shí)驗(yàn)室的工具、儀器、材料等物品攜帶出實(shí)驗(yàn)室。9實(shí)驗(yàn)完畢，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)教師認(rèn)可后方能離開實(shí)驗(yàn)室。10實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求字跡端正、繪圖清晰、表格簡(jiǎn)明、實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確。實(shí)驗(yàn)一拉伸實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼拉伸過(guò)程中的上屈服強(qiáng)度ReH、下屈服強(qiáng)度ReL、抗拉強(qiáng)度Rm；2 測(cè)定鑄鐵在拉伸過(guò)程中的抗拉強(qiáng)度Rm；3 計(jì)算低碳鋼和鑄鐵拉伸后的斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率；4觀察低碳鋼和鑄鐵兩種不同材料的拉伸過(guò)程，分析比較差異；二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)圖1電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)2 游標(biāo)卡尺圖2 游標(biāo)卡尺

3、三 試樣圖3試樣四 實(shí)驗(yàn)原理原理一：在材料拉伸的過(guò)程中，得到的曲線是力與位移關(guān)系曲線，低碳鋼具有良好的塑性，低碳鋼斷裂前明顯的分成四個(gè)階段：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、縮頸階段。彈性階段，材料的應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系。屈服階段，曲線出現(xiàn)鋸齒狀，在小范圍內(nèi)波動(dòng)，表明材料暫時(shí)喪失抵抗繼續(xù)變形的能力。國(guó)標(biāo)GB/T 2282002定義上屈服強(qiáng)度ReH為試樣發(fā)生屈服而力首次發(fā)生下降的最高應(yīng)力。上屈服極限數(shù)值與試樣的形狀、加載速度等因素有關(guān)，一般是不穩(wěn)定的。下屈服強(qiáng)度ReL為在屈服期間不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。下屈服極限則有比較穩(wěn)定的數(shù)值，能夠反應(yīng)材料的性能。通常把下屈服極限稱為屈服極限或屈服點(diǎn)。屈服

4、階段的開始是材料進(jìn)入塑性的標(biāo)志。強(qiáng)化階段，曲線開始上升，材料恢復(fù)了抵抗承載能力，但應(yīng)力應(yīng)變不再符合虎克定律，此階段塑性變形是沿軸向均勻分布的。強(qiáng)化階段中的最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是材料所能承受的最大應(yīng)力，稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。它是衡量材料強(qiáng)度的另一重要指標(biāo)。在強(qiáng)化階段中，試樣的橫向尺寸有明顯的縮小?？s頸階段，載荷達(dá)到最大點(diǎn)以后材料的塑性變形開始在局部進(jìn)行，局部截面急劇收縮，承載面積迅速減小，試樣承受的載荷很快下降直至斷裂，斷裂后試樣的彈性變形消失，塑性變形則永遠(yuǎn)保留在破斷的試樣上。原理二：鑄鐵拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是一段微彎曲線，沒(méi)有明顯的直線部分。它在較小的拉應(yīng)力下就被拉斷，沒(méi)有屈服和縮頸現(xiàn)象，

5、拉斷前的應(yīng)變很小。鑄鐵是典型的脆性材料。鑄鐵拉斷時(shí)的最大應(yīng)力即為其抗拉強(qiáng)度。因?yàn)闆](méi)有屈服現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度是衡量鑄鐵的唯一指標(biāo)。原理三：在彈性范圍內(nèi)卸載，曲線沿原路徑返回，試樣恢復(fù)原來(lái)尺寸，沒(méi)有任何殘余變形，在此范圍內(nèi)，材料符合虎克定律，應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，如果在強(qiáng)化階段卸載，卸載路徑與彈性段的直線段平行，卸載后如果重新加載，加載曲線仍與彈性段的直線段平行，比例極限明顯提高，而材料的塑性性能相應(yīng)下降，這個(gè)現(xiàn)象稱作冷作硬化。五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1 試樣尺寸材料名稱試驗(yàn)前試驗(yàn)后標(biāo)距L0mm直徑d0mm最小截面積A0mm2標(biāo)距L1mm最小直徑d1mm最小截面積A1mm2123平均平均平均2 強(qiáng)度和塑性指標(biāo)材 料

6、強(qiáng)度指標(biāo)塑性指標(biāo)ReHReLRm斷后伸長(zhǎng)率A斷面收縮率Z3繪制低碳鋼和鑄鐵在拉伸過(guò)程中的力與位移曲線。六 思考題1 通過(guò)哪兩種指標(biāo)反映金屬材料的塑性性能？實(shí)驗(yàn)二 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度。 2 測(cè)定鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的抗扭強(qiáng)度。3 觀察比較低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的變形規(guī)律，比較差異。4 了解扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，掌握扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)圖1 微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)2 游標(biāo)卡尺圖2 游標(biāo)卡尺三 試樣金屬的扭轉(zhuǎn)試樣應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)圓試樣。標(biāo)距部分直徑、長(zhǎng)度的具體要求可參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T101281988。圖3 試樣四 實(shí)驗(yàn)原理原理一：材

7、料的扭轉(zhuǎn)過(guò)程可以用T-曲線來(lái)描述。T代表施加在試樣上的扭矩，代表試樣的扭角。低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)有明顯的三個(gè)階段（彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段），直至切斷試樣尺寸不發(fā)生改變。彈性階段扭矩與扭角呈線性規(guī)律變化，滿足材料的剪切虎克定律。屈服階段曲線呈鋸齒形波動(dòng)，由上、下屈服扭矩來(lái)表示，上屈服扭矩Tsu定義為扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)生下降的最大扭矩，下屈服扭矩Tsl定義為屈服階段最小的扭矩，隨著扭角的增加扭矩也隨著緩慢的增加。材料進(jìn)入強(qiáng)化階段，隨著扭矩的增加材料將產(chǎn)生較大的塑性變形。當(dāng)扭矩達(dá)到材料的最大扭矩時(shí)，試樣被切斷，曲線的峰值對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)稱為抗扭扭矩Tb。原理二：低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服過(guò)程是由表面至圓心逐漸進(jìn)行的，當(dāng)橫截面的應(yīng)力全部屈服后，試樣才全面進(jìn)入塑性，此時(shí)截面上的應(yīng)力不再是線性分布的。原理三：因?yàn)闆](méi)有屈服現(xiàn)象，鑄鐵只測(cè)定抗扭扭矩。五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1 試樣尺寸 材料名稱試驗(yàn)前試驗(yàn)后直徑d0mm最小截面