低碳鋼、鑄鐵拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班 級(jí)：機(jī)制B18-4姓 名：張若軒學(xué) 號(hào)：1823724指導(dǎo) 老師：魏春龍目錄金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)（電子）3一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二儀器設(shè)備3三試件3四測(cè)試原理31低碳鋼拉伸42鑄鐵拉伸5五、實(shí)驗(yàn)步驟61、低碳鋼的拉伸62、鑄鐵的拉伸7六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)7七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析71、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格72、強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算：83、塑性指標(biāo)：8八、思考題8金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)(電子)9一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、儀器設(shè)備9三、試件制備9四、實(shí)驗(yàn)原理9五、實(shí)驗(yàn)步驟10六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)10七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析11八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告11金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)（電子）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼材料在常溫、靜載條件下的屈服極限s，強(qiáng)

2、度極限b，延伸率和斷面收縮率。2測(cè)定鑄鐵材料在常溫靜載下的強(qiáng)度極限b。3觀察低碳鋼鑄鐵在拉伸過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，分析P-L圖的曲線特征。4比較低碳鋼與鑄鐵力學(xué)性能的特點(diǎn)和試件斷口情況分析其破壞原因。5了解微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造原理，學(xué)習(xí)其使用方法。二儀器設(shè)備1微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)2游標(biāo)卡尺（精度0.02mm）三試件在測(cè)試某一力學(xué)性能參數(shù)時(shí)，為了避免試件的尺寸和形狀對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，便于各種材料力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果的互相比較，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的比例試件。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定比例試件應(yīng)符合以下關(guān)系：L0=K 。對(duì)于圓形截面試件，K值通常取5.65或11.3。即直徑為d0的圓形截面試件標(biāo)距長(zhǎng)

3、度分別為5d0和10d0。本試驗(yàn)采用L0=10d0的比例試件。四測(cè)試原理（圖1）圖1為試驗(yàn)機(jī)繪出的碳鋼拉伸P-L曲線圖，拉伸變形L是整個(gè)試件的伸長(zhǎng)，并且包括機(jī)器本身的彈性變形和試件頭部在夾頭中的滑動(dòng)，故繪出的曲線圖最初一段是曲線，流動(dòng)階段上限B受變形速度和試件形式影響，下屈服點(diǎn)B則比較穩(wěn)定，工程上均以B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載荷作為材料屈服時(shí)的載荷PS.以試樣的初始橫截面積A0除PS,即得屈服極限:S=PSA0屈服階段過后，進(jìn)入強(qiáng)化階段，試樣又恢復(fù)了承載能力，載荷到達(dá)最大值Pb時(shí)，試樣某一局部的截面明顯縮小，出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象，這時(shí)示力盤的從動(dòng)針停留在Pb不動(dòng)，主動(dòng)針則迅速倒退表明載荷迅速下降，試樣即將被拉斷

4、。以試樣的初始橫截面面積A0除Pb得強(qiáng)度極限為b=PbA0延伸率及斷面收縮率的測(cè)定，試樣的標(biāo)距原長(zhǎng)為L(zhǎng)0拉斷后將兩段試樣緊密地對(duì)接在一起，量出拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)為L(zhǎng)1，延伸率應(yīng)為=L1-L0L0×100%試樣拉斷后，設(shè)頸縮處的最小橫截面面積為A1,由于斷口不是規(guī)則的圓形，應(yīng)在兩個(gè)相互垂直的方向上量取最小截面的直徑，以其平均值計(jì)算A1.然后按下式計(jì)算斷面收縮率=A0-A1A0×100%鑄鐵試件在變形極小時(shí)，就達(dá)到最大載荷PS而突然發(fā)生斷裂。沒有屈服和頸縮現(xiàn)象，其強(qiáng)度極限遠(yuǎn)小于低碳鋼的強(qiáng)度極限。（圖2）（圖3）圖2為低碳鋼試件的壓縮圖，在彈性階段和屈服階段，它與拉伸時(shí)的形狀基本上是

5、一致的，而且PS也基本相同，所以說，低碳鋼材料在壓縮時(shí)的E和S，都與拉伸時(shí)大致相同，低碳鋼的塑性好，由于泊松效應(yīng)，試件越壓越粗,不會(huì)破壞，橫向膨脹在試件兩端受到試件與承墊之間巨大摩擦力的約束，試件被壓成鼓形，進(jìn)一步壓縮，會(huì)壓成圓餅狀，低碳鋼試件壓不壞，所以沒有強(qiáng)度極限。圖3為鑄鐵試件壓縮圖，P-L比同材料的拉伸圖要高4-5倍，當(dāng)達(dá)到最大載荷PS時(shí)，鑄鐵試件會(huì)突然破裂，斷裂面法線與試件軸線大致成45 55的傾角。這表面，鑄鐵壓縮破壞主要是由剪應(yīng)力引起的。1低碳鋼拉伸彈性階段彈性階段為拉伸曲線中的OB段。在此階段，試件上的變形為彈性變形。OA段直線為線彈性階段，表明載荷與變形之間滿足正比例關(guān)系。接

6、下來的AB段是一非線彈性階段，但仍滿足彈性變形的性質(zhì)。屈服階段過彈性階段后，試件進(jìn)入屈服階段，其力與曲線為鋸齒狀曲線BC段。此時(shí)，材料喪失了抵抗變形的能力。從圖形可看出此階段載荷雖沒明顯的增加，但變形繼續(xù)增加；如果試件足夠光亮，在試件表面可看到與試件軸線成45°方向的條紋，即滑移線。在此階段試件上的最小載荷即為屈服載荷Ps.強(qiáng)化階段材料經(jīng)過屈服后，要使試件繼續(xù)變形，必須增加拉力，這是因?yàn)榫w滑移后增加了抗剪能力，同時(shí)散亂的晶體開始變得細(xì)長(zhǎng)，并以長(zhǎng)軸向試件縱向轉(zhuǎn)動(dòng)，趨于纖維狀呈現(xiàn)方向性，從而增加了變形的抵抗力，使材料處于強(qiáng)化狀態(tài)，我們稱此階段為材料的強(qiáng)化階段（曲線CD部分）。強(qiáng)化階段在

7、拉伸圖上為一緩慢上升的曲線，若在強(qiáng)化階段中停止加載并逐步卸載，可以發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象卸載規(guī)律，卸載時(shí)載荷與伸長(zhǎng)量之間仍遵循直線關(guān)系，如果卸載后立即加載，則載荷與變形之間基本上還是遵循卸載時(shí)的直線規(guī)律沿卸載直線上升至開始卸載時(shí)的M點(diǎn)。我們稱此現(xiàn)象為冷作硬化現(xiàn)象。從圖可知，卸載時(shí)試件的伸長(zhǎng)不能完全恢復(fù)，還殘留了OQ一段塑性伸長(zhǎng)。頸縮階段當(dāng)試件上的載荷達(dá)到最大值后，試件的變形沿長(zhǎng)度方向不再是均勻的了，在試件某一薄弱處的直徑將顯著的縮小，試件出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，由于試件截面積急劇減小，試件所能承受的載荷也隨之下降，最后，試件在頸縮處斷裂。試件上的最大載荷即為強(qiáng)度極限載荷。2鑄鐵拉伸鑄鐵在拉伸時(shí)沒有屈服階段，拉伸圖

8、為一接近直線的曲線（圖4），在變形極小時(shí)就達(dá)到最大載荷而突然發(fā)生破壞，因此，只測(cè)最大載荷Pb并計(jì)算b=Pb/A0.（圖4） 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1、低碳鋼的拉伸（1）試件準(zhǔn)備（2）尺寸測(cè)量a.用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件標(biāo)距部分的原始直徑d0。在試件標(biāo)距范圍內(nèi)，取中間和兩端處三個(gè)截面作為測(cè)試試件直徑的位置，每個(gè)截面在兩個(gè)相互垂直的方向上各測(cè)量一次，取其平均值作為該截面的平均直徑，然后取三個(gè)平均值中的最小值作為d0的大小來計(jì)算試件的原始橫截面面積A0；b.測(cè)量試件的原始標(biāo)距L0。用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件標(biāo)距部分兩標(biāo)距點(diǎn)之間的距離一次，以此作為原始標(biāo)距L0的大小。（3）試驗(yàn)準(zhǔn)備a.依次打開試驗(yàn)機(jī)主機(jī)，計(jì)算機(jī)，打印機(jī)；b

9、.設(shè)置限位保護(hù)。將限位桿上的擋圈調(diào)整到合適位置。c. 打開計(jì)算機(jī)內(nèi)試驗(yàn)軟件，進(jìn)入試驗(yàn)軟件主窗口界面；d.裝夾試件。先將試件的一端夾入試驗(yàn)機(jī)下夾具的鉗口內(nèi)；然后在試驗(yàn)軟件中將力傳感器清零，利用手動(dòng)控制盒調(diào)整移動(dòng)橫梁到合適位置，使上鉗口夾牢試件的另一端；e.點(diǎn)擊試驗(yàn)軟件主窗口界面上方工具欄內(nèi)的“實(shí)驗(yàn)方案”按扭，設(shè)置好實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)參數(shù)。（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)a.點(diǎn)擊試驗(yàn)軟件主界面上方工具欄內(nèi)的“試驗(yàn)”按鈕，在下拉菜單中選擇對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方案。b.點(diǎn)擊“運(yùn)行”鍵，開始實(shí)驗(yàn)。c.試件破壞后，關(guān)閉試驗(yàn)窗口，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，編寫打印實(shí)驗(yàn)報(bào)告。d.結(jié)束實(shí)驗(yàn)，退出試驗(yàn)軟件，依次關(guān)閉打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、試驗(yàn)機(jī)。清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。e.

10、測(cè)量拉斷后試件的標(biāo)距L1和最小截面直徑d1?！緲?biāo)距L1的測(cè)量】將拉斷的試件緊密對(duì)接好，盡量使其軸線位于一條直線，拉斷以后試件的標(biāo)距L1大小的測(cè)量采用下述方法之一來測(cè)定。首先在實(shí)驗(yàn)前用刻線機(jī)在試件標(biāo)距范圍內(nèi)內(nèi)的表面上刻出十格等分線。直測(cè)法：若斷口到最近的標(biāo)距點(diǎn)的距離大于 ，則以直接測(cè)得的兩標(biāo)距點(diǎn)間的距離為L(zhǎng)1；移位法：若斷口到最近的標(biāo)距點(diǎn)的距離小于，則可按下法確定L1：在長(zhǎng)段上從拉斷處O取基本等于短段格數(shù)得到B點(diǎn)，當(dāng)較長(zhǎng)段所余格數(shù)為偶數(shù)時(shí)，取長(zhǎng)段所余格數(shù)的一半得出C點(diǎn)，相當(dāng)于將BC段長(zhǎng)度移到試件的左端。當(dāng)較長(zhǎng)段所余格數(shù)為奇數(shù)時(shí)，取長(zhǎng)段所余格數(shù)減1的一半得出C點(diǎn)，再取長(zhǎng)段所余格數(shù)加1的一半得出C1

11、點(diǎn)?！窘孛嬷睆絛1的測(cè)量】將拉斷的試件緊密對(duì)接好，盡量使其軸線位于一條直線，在試件頸縮處選擇一最小截面，在此截面的兩個(gè)互相垂直的方向各測(cè)量一次直徑，取其平均值作為拉斷以后截面直徑d1的值。2、鑄鐵的拉伸鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)可參照低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。鑄鐵的尺寸測(cè)量還可進(jìn)一步簡(jiǎn)化，只需測(cè)量試件中截面兩個(gè)互相垂直方向的直徑各一次，取其平均值作為試件原始直徑d0的值；鑄鐵無需測(cè)量標(biāo)距L0、L1和拉斷后的直徑d1。 六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、任何時(shí)候都不能帶電插拔電源線和信號(hào)線；2、試驗(yàn)開始前，一定要調(diào)整好限位擋圈；3、試驗(yàn)過程中，不能遠(yuǎn)離試驗(yàn)機(jī)；4、試驗(yàn)過程中，除停止鍵和急停開關(guān)外，不要按控制盒上的其他按鍵；5、

12、試驗(yàn)結(jié)束后，一定要關(guān)閉所有電源；6、計(jì)算及要嚴(yán)格按照系統(tǒng)要求一步一步退出，正常關(guān)機(jī)。7、不要使用來歷不明或與本機(jī)無關(guān)的存儲(chǔ)介質(zhì)在試驗(yàn)機(jī)控制用計(jì)算機(jī)上寫盤或讀盤。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格【低碳鋼拉伸】材料直徑（mm）橫截面1橫截面2橫截面3（1）（2）平均（1）（2）平均（1）（2）平均低碳鋼9.909.909.909.929.929.929.869.869.86實(shí)驗(yàn)前材料標(biāo)距l(xiāng)（mm）直徑d0（mm）橫截面積A0（mm2）標(biāo)記距離l0（mm）屈服抗力Fs（KN）最大抗力Fb（KN）低碳鋼509.8976.78105.6623.69334.243實(shí)驗(yàn)后材料變形l（mm）直徑d1（m

13、m）橫截面積A1（mm2）標(biāo)記距離l1（mm）F（KN）低碳鋼0.0665.7525.95135.4219.135【鑄鐵拉伸】初始直徑（mm）原始標(biāo)距（mm）初始拉力（N）斷后直徑（mm）斷后標(biāo)距（mm）10.1050.0020010.0050.102、強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算：【低碳鋼拉伸】屈服極限 s=308.58MPa強(qiáng)度極限 b=445.99MPa【鑄鐵拉伸】強(qiáng)度極限 b=268.81MPa3、塑性指標(biāo)： 【低碳鋼拉伸】彈性模量 E=187.70GPa延伸率 =l1-l0l0×100%=28.17%斷面收縮率 =A0-A1A0×100%=66.20%八、思考題 1、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)

14、告（具體要求參考實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)）； 2、討論下列問題a、拉伸實(shí)驗(yàn)中為什么要采用比例試件?拉伸試驗(yàn)中延伸率的大小不僅與材料有關(guān)，同時(shí)也與試件的標(biāo)距長(zhǎng)度有關(guān)，與此同時(shí)，試件局部變形較大的斷口部分，在不同長(zhǎng)度的標(biāo)距中所占比例也不同，因此，拉伸試驗(yàn)中必須采用標(biāo)準(zhǔn)試件或比例試件，這樣其相關(guān)性質(zhì)才具有可比性。b、s和b是試件屈服和破壞時(shí)的真實(shí)應(yīng)力嗎?為什么? s和b小于試件在屈服和斷裂時(shí)的真實(shí)應(yīng)力。因?yàn)閟和b是通過構(gòu)件的原始截面面積計(jì)算而得，但試件的真實(shí)應(yīng)力對(duì)應(yīng)于當(dāng)時(shí)的橫截面面積；又因?yàn)榈吞间摓樗苄圆牧?，軸向拉伸時(shí)，縱向伸長(zhǎng)，橫向縮短，故當(dāng)時(shí)的橫截面面積小于起始橫截面面積。且=F/A，所以s和b小于試件在屈服

15、和斷裂時(shí)的真實(shí)應(yīng)力。c、分析低碳鋼和鑄鐵兩種材料的斷口特征，并加以比較。在低碳鋼和鑄鐵的拉伸試驗(yàn)中,其端口特征為：低碳鋼端口呈杯口狀,而鑄鐵的端口呈貝殼狀,如圖5。（圖5）金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)(電子)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、測(cè)定鑄鐵材料在常溫、靜載條件下壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限b；2、觀察鑄鐵材料在壓縮時(shí)的變形和試件斷口情況，并分析其破壞原因；二、儀器設(shè)備 1、微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)； 2、游標(biāo)卡尺。三、試件制備金屬材料的壓縮試件一般制成如圖3-5-1 所示的圓柱形。且試件不宜過長(zhǎng)（過長(zhǎng)容易被壓彎），也不宜過于粗短（過于粗短則試件兩端面受摩擦力影響的范圍過大）。所以，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定h0=（12）d0式中

16、 h0壓縮試件的高度 d0壓縮試件的原始橫截面直徑 四、實(shí)驗(yàn)原理 鑄鐵在壓縮過程中，試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)繪圖器將描繪出一條與其拉伸時(shí)相似的P-L壓縮曲線（圖a），所不同的是鑄鐵壓縮到強(qiáng)度極限載荷Pb之前要產(chǎn)生較大的變形。試件由圓柱形被壓縮成微鼓形直至破裂。此時(shí)試驗(yàn)機(jī)力值顯示窗口顯示力值迅速下降，而而峰值力窗口記錄了試件最大載荷Pb。鑄鐵破壞時(shí)，由于剪應(yīng)力的作用，破壞面出現(xiàn)在與試件軸線約成45º-50º的斜面上。圖a五、實(shí)驗(yàn)步驟1、試件準(zhǔn)備：準(zhǔn)備工作由實(shí)驗(yàn)室老師事先完成。2、尺寸測(cè)量a.用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量試件中截面兩個(gè)互相垂直方向的直徑各一次，取其平均值作為試件原始直徑d0的值；b.

17、測(cè)量試件原始高度h0的值一次；3、試驗(yàn)準(zhǔn)備a.依次打開試驗(yàn)機(jī)主機(jī)，計(jì)算機(jī)，打印機(jī)；b.設(shè)置限位保護(hù)。將限位桿上的擋圈調(diào)整到合適位置。c.打開計(jì)算機(jī)內(nèi)試驗(yàn)軟件，進(jìn)入試驗(yàn)軟件主窗口界面；d.安裝試件。將試件盡量準(zhǔn)確地放在下壓板的中心處，調(diào)整上壓板至接近試件上截面位置，但不要與試件接觸。e.點(diǎn)擊試驗(yàn)軟件主窗口界面上方工具欄內(nèi)的“實(shí)驗(yàn)方案”按扭，設(shè)置好實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)參數(shù)。4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)a.點(diǎn)擊試驗(yàn)軟件主界面上方工具欄內(nèi)的“試驗(yàn)”按鈕，在下拉菜單中選擇對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方案。b.點(diǎn)擊“運(yùn)行”鍵，開始實(shí)驗(yàn)。c.試件破壞后，關(guān)閉試驗(yàn)窗口，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，編寫打印實(shí)驗(yàn)報(bào)告。d.結(jié)束實(shí)驗(yàn)，退出試驗(yàn)軟件，依次關(guān)閉打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、試驗(yàn)機(jī)。清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、任何時(shí)候都不能帶電插拔電源線和信號(hào)線；2、試驗(yàn)開始前，一定要調(diào)整好限位擋圈；3、試驗(yàn)過程中，不能遠(yuǎn)離試驗(yàn)機(jī)；4、試驗(yàn)過程中，除停止鍵和急停開關(guān)外，不要按控制盒上的其他按鍵；5、試驗(yàn)結(jié)束后，一定要關(guān)閉所有電源；6、計(jì)算及要嚴(yán)格按照系統(tǒng)要求一步一步退出，正常關(guān)機(jī)。7、不要使用來歷不明或與本機(jī)無關(guān)的存儲(chǔ)介質(zhì)在試驗(yàn)機(jī)控制用計(jì)算機(jī)上寫盤或讀盤。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表直徑（mm）第一次值9.92第二次值9.90鑄鐵直徑平均值d0=9.91mm2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析強(qiáng)度極限 b=PbA0=54.642