工程力學(xué)實驗低碳鋼和鑄鐵的拉壓實驗

工程力學(xué)實驗低碳鋼和鑄鐵的拉壓實驗1第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵的拉伸實驗

一、實驗?zāi)康模?．測定低碳鋼（Q235鋼）的強度性能指標(biāo)：上屈服強度，下屈服強度和抗拉強度。2．測定低碳鋼（Q235鋼）的塑性性能指標(biāo)：斷后伸長率和斷面收縮率。3．測定鑄鐵的強度性能指標(biāo)：抗拉強度。4．觀察、比較低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵兩種材料的力學(xué)性能、拉伸過程及破壞現(xiàn)象。5.學(xué)習(xí)試驗機的使用方法。實驗二、低碳鋼和鑄鐵的拉伸和壓縮實驗2第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四二、設(shè)備和儀器1．材料試驗機（見下圖）。2．電子引伸計（見下圖）。3．游標(biāo)卡尺。3第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四4第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四5第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四6第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四7第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四8第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四三、試樣國標(biāo)GB/T228－2002“金屬材料室溫拉伸試驗方法”中規(guī)定對金屬拉伸試樣通常采用圓形和板狀兩種試樣，如圖1-1所示。它們均由夾持、過渡和平行三部分組成。平行部分中測量伸長用的長度稱為標(biāo)距。受力前的標(biāo)距稱為原始標(biāo)距，記作L0，通常在其兩端劃細線標(biāo)志。本次實驗采用d0=10mm,原始標(biāo)距等于5d0的圓形截面短比例試樣。l0lbh(a)(b)圖1-1試樣9第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四四、實驗原理

低碳鋼（Q235鋼）的拉伸實驗（圖解方法）將試樣安裝在試驗機的上下夾頭中，引伸計裝卡在試樣上，啟動試驗機對試樣加載，試驗機將自動繪制出載荷位移曲線（F-ΔL曲線），如圖1-2。觀察試樣的受力、變形直至破壞的全過程，可以看到低碳鋼拉伸過程中的四個階段（彈性階段、屈服階段、強化階段和局部變形階段）。

10第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

上屈服強度

下屈服強度

抗拉強度式中：A0為試樣原始橫截面面積。

11第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四測量斷后的標(biāo)距部分長度Lu和頸縮處最小直徑du，

按以下兩式計算其主要塑性指標(biāo)：

斷后伸長率

式中：L0為試樣原始標(biāo)距長度,工程上把δ>5%的材料稱為塑性材料，把δ<5%的材料稱為脆性材料

斷面收縮率

式中A0和AU分別是試樣原始橫截面積和斷后最小橫截面積

12第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四移位法測定斷后標(biāo)距長度

如果斷口到鄰近標(biāo)距端距離小于或等于L0/3，就需要用移位法測定斷后標(biāo)距長度，因為斷口附近發(fā)生嚴重的塑性變形，近的一端的頸縮端就只有一部分在標(biāo)距長度內(nèi),如果直接測量，塑性伸長量就小。13第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四鑄鐵的拉伸實驗鑄鐵拉伸時沒有屈服階段，拉伸曲線微微彎曲，在變形很小的情況下即斷裂，斷口為平端口。因此對鑄鐵只能測得其抗拉強度，即鑄鐵的抗拉強度遠低于低碳鋼的抗拉強度

△LFFb0圖1-4鑄鐵拉伸14第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四五、實驗步驟1．測量試樣尺寸直徑d0

在試樣標(biāo)距兩端和中間三個截面上測量直徑，每個截面在相互垂直方向各測量一次，取其平均值。用三個平均值中最小者計算橫截面面積，數(shù)據(jù)列表記錄。標(biāo)距長度L0

量取計算長度L0（取L0=5d0），在試樣兩端劃細線標(biāo)志，用刻線機將其劃分成10等分（或5等分）。2.開機打開電源開關(guān)；啟動計算機進入Windos操作系統(tǒng)；點擊試驗機控制軟件，進入試驗機操作界面；按復(fù)位按扭使控制系統(tǒng)上電。15第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

3.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

點擊“模式設(shè)置”選項，選擇試驗?zāi)Ｊ?-拉伸實驗。4.試驗基本參數(shù)設(shè)置點擊“操作”按扭，進入“試驗基本參數(shù)”界面，選擇變形測量模式—引伸計。5.試驗過程設(shè)置主要有：試樣基本參數(shù)設(shè)定；試驗力檔位設(shè)定；變形調(diào)零；變形檔位設(shè)定；曲線參數(shù)設(shè)定等。詳細設(shè)置請參見“電子拉力試驗機”。6．裝夾試樣，安裝引伸計上下夾頭均為斜鍥夾塊，將試樣的夾持部位放入V型槽中央。注意低碳鋼拉伸實驗須測定標(biāo)距范圍內(nèi)的變形，因此試樣上下夾持部位均須留出5-10mm，以便安裝引伸計。鑄鐵拉伸實驗則不用安裝引伸計。16第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

7．測試

待一切準(zhǔn)備工作完成后，點擊“上行”按扭，開始拉伸實驗。測試完畢保存實驗文件。注意實驗過程中觀察圖形和數(shù)據(jù)顯示窗口以及試樣破壞情況。特別提請注意的是，當(dāng)實驗曲線出現(xiàn)水平線一定程度后，試樣開始進入局部變形階段時，點擊“取引伸計”按扭，迅速取下引伸計，以免引伸計損傷。8．打印

點擊“報告打印”，輸出實驗曲線。9．卸載并取出試樣

卸載并取出試樣，注意保護試樣斷口形貌。17第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

10．測量斷后標(biāo)距L1和斷后頸縮處最小直徑d1

（僅對低碳鋼拉伸實驗）

測量時應(yīng)注意將低碳鋼試樣兩段的斷口緊密對接，若斷口到鄰近標(biāo)距端距離小于或等于L0/3時，則應(yīng)用移位法（亦稱為補償法）測定斷后標(biāo)距長度L1。測量頸縮處最小直徑du時，在最小處互相垂直的兩個方向測量直徑。注意應(yīng)用卡尺測量前端較窄的部位，以免由于弧線的影響而測量不到實際的最小值。11．關(guān)機注意清理實驗現(xiàn)場，將相關(guān)儀器還原。18第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四六、實驗結(jié)果處理

1．實驗原始數(shù)據(jù)記錄參考表1-1和表1-2填寫

表1-1試樣原始尺寸數(shù)據(jù)記錄材料標(biāo)距L0/mm直徑do/mm橫截面面積A0/mm2IIIIII12平均12平均12平均低碳鋼鑄鐵∕19第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四表1-2試樣斷后尺寸斷后標(biāo)距Lu/mm斷后縮頸處最小直徑du/mm斷后最小橫截面積Au/mm212平均

2．實驗數(shù)據(jù)處理

低碳鋼

據(jù)F-△L曲線（拉伸圖）確定上屈服力Fsu和下屈服力Fsl點的位置，并計算其大小，按公式1-1~1-3計算上屈服強度σsu、下屈服強度σsl和抗拉強度σb，按式1-4和1-5計算斷后伸長率δ和斷面收縮率ψ。20第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

鑄鐵

據(jù)試樣所承受的最大力值Fb，按式1-6計算抗拉強度σb。七、實驗報告要求

1.包括實驗?zāi)康?，設(shè)備名稱、型號，實驗原始數(shù)據(jù)記錄（列表表示）與實驗數(shù)據(jù)處理，分析討論。2.畫出試樣斷裂后形狀示意圖（可畫在數(shù)據(jù)記錄和處理欄內(nèi)）。用移位法測定斷后收縮率的測量和計算過程應(yīng)圖示說明。3.試驗機自動繪制的F-ΔL圖附于實驗報告內(nèi)。21第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四22第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四23第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四圖附1-2-6曲線顯示窗口的設(shè)置24第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四附圖1-2-7數(shù)據(jù)分析窗口25第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四26第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵的壓縮實驗

一、實驗?zāi)康?．測定低碳鋼（Q235）的壓縮屈服點σsc和鑄鐵的抗壓強度σbc。2．觀察、分析、比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。二、設(shè)備和儀器1．材料試驗機。2．游標(biāo)卡尺。27第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四三、試樣一般細長桿壓縮時容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在金屬壓縮實驗中常采用短粗圓柱形試樣。其公差、表面粗糙度、兩端面的平行度和對試樣軸線的垂直度在國標(biāo)GB/T7314-2005中均有明確規(guī)定。目前常用的壓縮實驗方法是兩端平壓法。由于試樣兩端面不可能理想地平行，實驗時必須使用球形承墊（見圖1-5a），試樣應(yīng)置于球形承墊中心，藉球形承墊自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)軸向受載。由于試樣的上下兩端與試驗機承墊之間會產(chǎn)生很大的摩擦力，它們阻礙著試樣上部及下部的橫向變形，導(dǎo)致測得的抗壓強度較實際偏高。當(dāng)試樣的高度相對增加時，摩擦力對試樣中部的影響就會相應(yīng)變小，因此抗壓強度與比值ho／do有關(guān)，同時考慮壓桿的穩(wěn)定性因素，為此國家標(biāo)準(zhǔn)對試樣高度ho與直徑do之比規(guī)定在1～3的范圍內(nèi)。本次實驗采用φ10×15的圓柱形試樣。28第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四四、實驗原理試驗時對試樣緩慢加載，試驗機自動繪出壓縮圖（即試驗力F—位移ΔL曲線）。低碳鋼試樣壓縮圖如圖1-5b所示。試樣開始變形時，服從胡克定律，呈直線上升，此后變形增長很快，材料屈服。此時載荷暫時保持恒定或稍有減小，這暫時的恒定值或減小的最小值即為壓縮屈服載荷FSC。有時屈服階段出現(xiàn)多個波峰波谷，則取第一個波谷之后的最低載荷為壓縮屈服載荷FSC。此后圖形呈曲線上升，隨著塑性變形的增長，試樣橫截面相應(yīng)增大，增大了的截面又能承受更大的載荷。試樣愈壓愈扁，甚至可以壓成薄餅形狀（如圖1-5a所示）而不破裂，因此測不出抗壓強度。

29第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

鑄鐵試樣壓縮圖如圖1-6a所示，其開始時接近于直線，以后曲率逐漸增大，載荷達最大值Fbc后稍有下降，然后破裂，能聽到沉悶的破裂聲。鑄鐵試樣破裂后呈鼓形，破裂面與軸線大約成45°，如圖1-6b所示，這主要是由切應(yīng)力造成的。

30第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四五、實驗步驟1．開機打開電源及油泵電機，啟動計算機及測試軟件。2．測量試樣尺寸用游標(biāo)卡尺在試樣高度中點處兩個相互垂直的方向上測量直徑，取其平均值。數(shù)據(jù)列表記錄。3．裝夾試樣，軟件參數(shù)調(diào)零。4．參量設(shè)置包括試驗曲線類型選擇，試驗力和變形窗口量程選擇。詳細參數(shù)設(shè)置請參見附1-3--微機控制液壓萬能材料試驗機。

31第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

5．測試

待一切準(zhǔn)備工作完成后，正式測試。測試完畢，保存實驗文件，數(shù)據(jù)分析輸出，讀取低碳鋼壓縮屈服載荷FSC。在實驗過程中注意觀察圖形和數(shù)據(jù)顯示窗口以及試樣破壞情況。6．卸載并取出試樣注意觀察試樣有何變化。7．關(guān)機注意清理實驗現(xiàn)場，將相關(guān)儀器還原。32第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四材料直徑do/mm橫截面面積A0/mm2屈服載荷Fsc/KN最大載荷Fbc/KN12平均低碳鋼鑄鐵/六、實驗結(jié)果處理1.參考表1-4記錄實驗原始數(shù)據(jù)。

表1-4實驗原始數(shù)據(jù)記錄參考表33第33頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

2.實驗數(shù)據(jù)處理據(jù)低碳鋼壓縮實驗所得到的屈服載荷Fsc計算低碳鋼的壓縮屈服點