工程力学实验低碳钢和铸铁的拉压实验

1低碳钢（Q235钢）和铸铁的拉伸实验一、实验目的：1．测定低碳钢（Q235钢）的强度性能指标：上屈服强度，下屈服强度和抗拉强度。2．测定低碳钢（Q235钢）的塑性性能指标：断后伸长率和断面收缩率。3．测定铸铁的强度性能指标：抗拉强度。4．观察、比较低碳钢（Q235钢）和铸铁两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。5.学习试验机的使用方法。实验二、低碳钢和铸铁的拉伸和压缩实验2二、设备和仪器1．材料试验机（见下图）。2．电子引伸计（见下图）。3．游标卡尺。34567R1R2R3R4R1R2R3R4123l045图1-2-2夹式电子引伸计结构原理1.变形传递杆2.应变片3.弹性元件4.刀刃5.拉伸试样(a)(b)8三、试样国标GB/T228－2002“金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图1-1所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。平行部分中测量伸长用的长度称为标距。受力前的标距称为原始标距，记作L0，通常在其两端划细线标志。本次实验采用d0=10mm,原始标距等于5d0的圆形截面短比例试样。l0lbh(a)(b)图1-1试样9四、实验原理低碳钢（Q235钢）的拉伸实验（图解方法）将试样安装在试验机的上下夹头中，引伸计装卡在试样上，启动试验机对试样加载，试验机将自动绘制出载荷位移曲线（F-ΔL曲线），如图1-2。观察试样的受力、变形直至破坏的全过程，可以看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段）。FbFFsUFsL卸加△LO图1-2低碳钢拉伸图10上屈服强度下屈服强度抗拉强度式中：A0为试样原始横截面面积。sUsU0FAsLsL0FAFbFFsUFsL卸加△LO图1-2低碳钢拉伸图0AbFb11测量断后的标距部分长度Lu和颈缩处最小直径du，按以下两式计算其主要塑性指标：断后伸长率式中：L0为试样原始标距长度,工程上把δ5%的材料称为塑性材料，把δ5%的材料称为脆性材料断面收缩率式中A0和AU分别是试样原始横截面积和断后最小横截面积u00100%LLL%10000AAAu12移位法测定断后标距长度如果断口到邻近标距端距离小于或等于L0/3，就需要用移位法测定断后标距长度，因为断口附近发生严重的塑性变形，近的一端的颈缩端就只有一部分在标距长度内,如果直接测量，塑性伸长量就小。13铸铁的拉伸实验铸铁拉伸时没有屈服阶段，拉伸曲线微微弯曲，在变形很小的情况下即断裂，断口为平端口。因此对铸铁只能测得其抗拉强度，即铸铁的抗拉强度远低于低碳钢的抗拉强度bb0FA△LFFb0图1-4铸铁拉伸14五、实验步骤1．测量试样尺寸直径d0在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在相互垂直方向各测量一次，取其平均值。用三个平均值中最小者计算横截面面积，数据列表记录。标距长度L0量取计算长度L0（取L0=5d0），在试样两端划细线标志，用刻线机将其划分成10等分（或5等分）。2.开机打开电源开关；启动计算机进入Windos操作系统；点击试验机控制软件，进入试验机操作界面；按复位按扭使控制系统上电。153.系统参数设置点击“模式设置”选项，选择试验模式--拉伸实验。4.试验基本参数设置点击“操作”按扭，进入“试验基本参数”界面，选择变形测量模式—引伸计。5.试验过程设置主要有：试样基本参数设定；试验力档位设定；变形调零；变形档位设定；曲线参数设定等。详细设置请参见“电子拉力试验机”。6．装夹试样，安装引伸计上下夹头均为斜锲夹块，将试样的夹持部位放入V型槽中央。注意低碳钢拉伸实验须测定标距范围内的变形，因此试样上下夹持部位均须留出5-10mm，以便安装引伸计。铸铁拉伸实验则不用安装引伸计。167．测试待一切准备工作完成后，点击“上行”按扭，开始拉伸实验。测试完毕保存实验文件。注意实验过程中观察图形和数据显示窗口以及试样破坏情况。特别提请注意的是，当实验曲线出现水平线一定程度后，试样开始进入局部变形阶段时，点击“取引伸计”按扭，迅速取下引伸计，以免引伸计损伤。8．打印点击“报告打印”，输出实验曲线。9．卸载并取出试样卸载并取出试样，注意保护试样断口形貌。FbFFsUFsL卸加△LO图1-2低碳钢拉伸图1710．测量断后标距L1和断后颈缩处最小直径d1（仅对低碳钢拉伸实验）测量时应注意将低碳钢试样两段的断口紧密对接，若断口到邻近标距端距离小于或等于L0/3时，则应用移位法（亦称为补偿法）测定断后标距长度L1。测量颈缩处最小直径du时，在最小处互相垂直的两个方向测量直径。注意应用卡尺测量前端较窄的部位，以免由于弧线的影响而测量不到实际的最小值。11．关机注意清理实验现场，将相关仪器还原。18六、实验结果处理1．实验原始数据记录参考表1-1和表1-2填写表1-1试样原始尺寸数据记录材料标距L0/mm直径do/mm横截面面积A0/mm2IIIIII12平均12平均12平均低碳钢铸铁∕19表1-2试样断后尺寸断后标距Lu/mm断后缩颈处最小直径du/mm断后最小横截面积Au/mm212平均2．实验数据处理低碳钢据F-△L曲线（拉伸图）确定上屈服力Fsu和下屈服力Fsl点的位置，并计算其大小，按公式1-1~1-3计算上屈服强度σsu、下屈服强度σsl和抗拉强度σb，按式1-4和1-5计算断后伸长率δ和断面收缩率ψ。suF20铸铁据试样所承受的最大力值Fb，按式1-6计算抗拉强度σb。七、实验报告要求1.包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录（列表表示）与实验数据处理，分析讨论。2.画出试样断裂后形状示意图（可画在数据记录和处理栏内）。用移位法测定断后收缩率的测量和计算过程应图示说明。3.试验机自动绘制的F-ΔL图附于实验报告内。212223图附1-2-6曲线显示窗口的设置24附图1-2-7数据分析窗口2526低碳钢（Q235钢）和铸铁的压缩实验一、实验目的1．测定低碳钢（Q235）的压缩屈服点σsc和铸铁的抗压强度σbc。2．观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。二、设备和仪器1．材料试验机。2．游标卡尺。27三、试样一般细长杆压缩时容易产生失稳现象，因此在金属压缩实验中常采用短粗圆柱形试样。其公差、表面粗糙度、两端面的平行度和对试样轴线的垂直度在国标GB/T7314-2005中均有明确规定。目前常用的压缩实验方法是两端平压法。由于试样两端面不可能理想地平行，实验时必须使用球形承垫（见图1-5a），试样应置于球形承垫中心，藉球形承垫自动调节实现轴向受载。由于试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值ho／do有关，同时考虑压杆的稳定性因素，为此国家标准对试样高度ho与直径do之比规定在1～3的范围内。本次实验采用φ10×15的圆柱形试样。28四、实验原理试验时对试样缓慢加载，试验机自动绘出压缩图（即试验力F—位移ΔL曲线）。低碳钢试样压缩图如图1-5b所示。试样开始变形时，服从胡克定律，呈直线上升，此后变形增长很快，材料屈服。此时载荷暂时保持恒定或稍有减小，这暂时的恒定值或减小的最小值即为压缩屈服载荷FSC。有时屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后的最低载荷为压缩屈服载荷FSC。此后图形呈曲线上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相应增大，增大了的截面又能承受更大的载荷。试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图1-5a所示）而不破裂，因此测不出抗压强度。LFOFsc(a)(b)图1-5低碳钢试样压缩图29铸铁试样压缩图如图1-6a所示，其开始时接近于直线，以后曲率逐渐增大，载荷达最大值Fbc后稍有下降，然后破裂，能听到沉闷的破裂声。铸铁试样破裂后呈鼓形，破裂面与轴线大约成45°，如图1-6b所示，这主要是由切应力造成的。FFbcOL(a)(b)图1-6铸铁试样压缩图30五、实验步骤1．开机打开电源及油泵电机，启动计算机及测试软件。2．测量试样尺寸用游标卡尺在试样高度中点处两个相互垂直的方向上测量直径，取其平均值。数据列表记录。3．装夹试样，软件参数调零。4．参量设置包括试验曲线类型选择，试验力和变形窗口量程选择。详细参数设置请参见附1-3--微机控制液压万能材料试验机。315．测试待一切准备工作完成后，正式测试。测试完毕，保存实验文件，数据分析输出，读取低碳钢压缩屈服载荷FSC。在实验过程中注意观察图形和数据显示窗口以及试样破坏情况。6．卸载并取出试样注意观察试样有何变化。7．关机注意清理实验现场，将相关仪器还原。32材料直径do/mm横截面面积A0/mm2屈服载荷Fsc/KN最大载荷Fbc/KN12平均低碳钢铸铁/六、实验结果处理1.参考表1-4记录实验原始数据。表1-4实验原始数据记录参考表332.实验数据处理据低碳钢压缩实验所得到的屈服载荷Fsc计算低碳钢的压缩屈服点（1-7）据铸铁压缩实验所得到的最大载荷Fbc计算铸铁的抗压强度(1-8)scsc0FAbcbc0FA34七、实验报告要求包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录（列表表示）与实验数据处理，试样破坏形状示意图，分析讨论。请同学们在实验前一定要预习