二低碳钢和铸铁的拉压实验

1、1 2012工程力学实验安排：工程力学实验安排： 对应书上的目录对应书上的目录 实验一实验一 理论力学实验理论力学实验 41 43 实验二实验二 材料的拉压实验材料的拉压实验 111 112 实验三实验三 扭转实验扭转实验 12 实验四实验四 电测基础实验电测基础实验 31 实验五实验五 梁的弯曲实验梁的弯曲实验 32 实验六实验六 组合变形实验组合变形实验 33 2 低碳钢（低碳钢（Q235钢）和铸铁的拉伸实验钢）和铸铁的拉伸实验 一、实验目的：一、实验目的： v1测定低碳钢（测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：钢）的强度性能指标： 上屈服强度，下屈服强度和抗拉强度。上屈服强度，下屈服

2、强度和抗拉强度。 v2测定低碳钢（测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：钢）的塑性性能指标： 断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率和断面收缩率。 v3测定铸铁的强度性能指标：抗拉强度。测定铸铁的强度性能指标：抗拉强度。 v4观察、比较低碳钢（观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁钢）和铸铁 两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。 v5. 学习试验机的使用方法。学习试验机的使用方法。 3 二、设备和仪器二、设备和仪器 v1材料试验机（见下图）。材料试验机（见下图）。 v2电子引伸计（见下图）。电子引伸计（见下图）。 v3游标卡尺。游标卡尺。 4 5 6

3、 7 8 9 三、试样三、试样 v国标国标GB/T2282002 “金属材料金属材料 室温拉伸试验方法室温拉伸试验方法”中规定对金中规定对金 属拉伸试样通常采用圆形和板状属拉伸试样通常采用圆形和板状 两种试样，如图两种试样，如图1-1所示。它们均所示。它们均 由夹持、过渡和平行三部分组成。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为标距。受力前的标距称为原始 标距，记作标距，记作L0，通常在其两端划，通常在其两端划 细线标志。细线标志。 v本次实验采用本次实验采用d0=10mm,原始标距原始标距 等于等于5d0的圆形截

4、面短比例试样。的圆形截面短比例试样。 l0 l b h (a) (b) 图1-1 试样 10 四、实验原理四、实验原理 低碳钢（低碳钢（Q235 钢）的拉伸实验（图解方法）钢）的拉伸实验（图解方法） v将试样安装在试验机的上下夹将试样安装在试验机的上下夹 头中，引伸计装卡在试样上，头中，引伸计装卡在试样上， 启动试验机对试样加载，试验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机将自动绘制出载荷位移曲线 （F-L曲线），如图曲线），如图1-2。观。观 察试样的受力、变形直至破坏察试样的受力、变形直至破坏 的全过程，可以看到低碳钢拉的全过程，可以看到低碳钢拉 伸过程中的四个阶段（弹性阶

5、伸过程中的四个阶段（弹性阶 段、屈服阶段、强化阶段和局段、屈服阶段、强化阶段和局 部变形阶段）。部变形阶段）。 11 v上屈服强度上屈服强度 v下屈服强度下屈服强度 v抗拉强度抗拉强度 v式中：式中：A0为试样原始横为试样原始横 截面面积。截面面积。 sU sU 0 F A sL sL 0 F A 0 A b F b 12 测量断后的标距部分长度测量断后的标距部分长度Lu和颈缩处最小直径和颈缩处最小直径du， 按以下两式计算其主要塑性指标：按以下两式计算其主要塑性指标： v断后伸长率断后伸长率 式中：式中：L0为试样原始标距长度为试样原始标距长度,工程上把工程上把5%的材料称为塑的材料称为塑

6、性材料，性材料， 把把5%的材料称为脆性材料的材料称为脆性材料 v断面收缩率断面收缩率 式中式中A0和和AU分别是试样原始横截面积和断后最小横截面积分别是试样原始横截面积和断后最小横截面积 u0 0 100% LL L %100 0 0 A AA u 13 移位法测定断后标距长度移位法测定断后标距长度 14 铸铁的拉伸实验铸铁的拉伸实验 v铸铁拉伸时没有屈服阶段，铸铁拉伸时没有屈服阶段， 拉伸曲线微微弯曲，在变拉伸曲线微微弯曲，在变 形很小的情况下即断裂，形很小的情况下即断裂， 断口为平端口。因此对铸断口为平端口。因此对铸 铁只能测得其抗拉强度，铁只能测得其抗拉强度， 即即 v铸铁的抗拉强度远

7、低于低铸铁的抗拉强度远低于低 碳钢的抗拉强度碳钢的抗拉强度 b b 0 F A L F Fb 0 图图1-4铸铁拉伸铸铁拉伸 15 五、实验步骤五、实验步骤 v1测量试样尺寸测量试样尺寸 v直径直径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。积，数据列表记录。 v标距长度标距长度L 0 量取计算长度量取计算长度L 0（取（取L 0=5 d0），在试样两端划细线标志，用刻线），在

8、试样两端划细线标志，用刻线 机将其划分成机将其划分成10等分（或等分（或5等分）。等分）。 v2. 开机开机 打开电源开关；启动计算机进入打开电源开关；启动计算机进入Windos操作系统；点击试验机操作系统；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。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。 16 v3. 系统参数设置系统参数设置 点击点击“模式设置模式设置”选项，选择试验模式选项，选择试验模式-拉伸实验。拉伸实验。 v4. 试验基本参数设置试验基本参数设置 点击点击“操作操作”按扭，进入按扭，进入“试验基本参数试验基本参数”界面，选界面，选 择变形测量

9、模式择变形测量模式引伸计。引伸计。 v5. 试验过程设置试验过程设置 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 “电子拉力试验机电子拉力试验机”。 v6装夹试样，安装引伸计装夹试样，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上下夹头均为斜锲夹块，将试样的夹持部位放入V型型 槽中央。注意低碳钢拉伸实验须测定标距范围内的变形，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因此试样上下夹持部位均须留出5

10、-10mm，以便安装引伸，以便安装引伸 计。铸铁拉伸实验则不用安装引伸计。计。铸铁拉伸实验则不用安装引伸计。 17 v7测试测试 待一切准备工作完成后，点击待一切准备工作完成后，点击“上行上行”按扭，按扭， 开始拉伸实验。测试完毕保存实验文件。注意实开始拉伸实验。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验过程中观察图形和数据显示窗口以及试样破坏 情况。情况。特别提请注意的是，当实验曲线出现水平特别提请注意的是，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，线一定程度后，试样开始进入局部变形阶段时， 点击点击“取引伸计取引伸计”按扭，迅速取下引伸计

11、，以免按扭，迅速取下引伸计，以免 引伸计损伤。引伸计损伤。 v8打印打印 点击点击“报告打印报告打印”，输出实验曲线。，输出实验曲线。 v9卸载并取出试样卸载并取出试样 卸载并取出试样，注意保护试样断口形貌。卸载并取出试样，注意保护试样断口形貌。 18 v10测量测量断后标距断后标距L1和断后颈缩处最小直径和断后颈缩处最小直径d1 （仅对低碳钢拉伸实验）（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，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若断口到邻近标距端距离小于或等于L0/3时时，则应则应 用移位法（亦称为补偿法）测定断后标距长度用

12、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测量颈缩处最小直径du时，在最小处互相垂直的两时，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。位，以免由于弧线的影响而测量不到实际的最小值。 v11关机关机 注意清理实验现场，将相关仪器还原。注意清理实验现场，将相关仪器还原。 19 六、实验结果处理六、实验结果处理 1实验原始数据记录参考表实验原始数据记录参考表1-1和表和表1-2填写填写 表表1-1 试样原始尺寸数据记录试样原始尺寸数据记录 材料材料 标距标距 L0

13、 /mm 直径直径do /mm 横截面横截面 面积面积 A0 /mm2 IIIIII 12 平平 均均 12 平平 均均 12 平平 均均 低碳钢低碳钢 铸铸 铁铁 20 表表1-2 试样断后尺寸试样断后尺寸 断后标距断后标距 Lu /mm 断后缩颈处最小直径断后缩颈处最小直径 du /mm 断后最小横断后最小横 截面积截面积 Au /mm2 12平均平均 2实验数据处理实验数据处理 低碳钢低碳钢 据据F-L曲线（拉伸图）确定上屈服力曲线（拉伸图）确定上屈服力Fsu和下屈服力和下屈服力Fsl 点的位置，并计算其大小，按公式点的位置，并计算其大小，按公式1-11-3计算上屈服强计算上屈服强 度度

14、su、下屈服强度、下屈服强度sl 和抗拉强度和抗拉强度b ，按式，按式1-4和和1-5计计 算断后伸长率算断后伸长率 和断面收缩率和断面收缩率。 su F 21 铸铁铸铁 据试样所承受的最大力值据试样所承受的最大力值Fb，按式，按式1-6计计 算抗拉强度算抗拉强度b 。 v七、实验报告要求七、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。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

15、断后收缩率的测量和和处理栏内）。用移位法测定断后收缩率的测量和 计算过程应图示说明。计算过程应图示说明。 3. 试验机自动绘制的试验机自动绘制的F-L图附于实验报告内。图附于实验报告内。 22 23 24 图附1-2-6 曲线显示窗口的设置 25 附图1-2-7 数据分析窗口 26 27 低碳钢（低碳钢（Q235钢）和铸铁的压缩实验钢）和铸铁的压缩实验 v一、实验目的一、实验目的 1测定低碳钢（测定低碳钢（Q235）的压缩屈服点）的压缩屈服点sc和铸铁的和铸铁的 抗压强度抗压强度bc 。 2观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种 现象。现象。 v二

16、、设备和仪器二、设备和仪器 1材料试验机。材料试验机。 2游标卡尺。游标卡尺。 28 三、试样三、试样 v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平行度和对试样轴线的垂直度在国标GB/T7314-2005中均有中均有 明确规定。明确规定。 v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（见图可能

17、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试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值hodo 有关，同时考虑压

18、杆的稳定性因素，为此国家标准对试样高有关，同时考虑压杆的稳定性因素，为此国家标准对试样高 度度ho与直径与直径do之比规定在之比规定在13的范围内。本次实验采用的范围内。本次实验采用 1015的圆柱形试样。的圆柱形试样。 29 四、实验原理四、实验原理 v试验时对试样缓慢加载，试验机自动绘出压试验时对试样缓慢加载，试验机自动绘出压 缩图（即试验力缩图（即试验力F位移位移L曲线）。低碳钢曲线）。低碳钢 试样压缩图如图试样压缩图如图1-5b所示。试样开始变形时，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

19、或很快，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 即为压缩屈服载荷即为压缩屈服载荷FSC。有时屈服阶段出现。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载荷为压缩屈服载荷FSC。此后图形呈曲线。此后图形呈曲线 上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相上升，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。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（如试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如 图图1-5a

20、所示）而不破裂，因此测不出抗压强所示）而不破裂，因此测不出抗压强 度。度。 30 v铸铁试样压缩图如图铸铁试样压缩图如图1- 6a所示，其开始时接近所示，其开始时接近 于直线，以后曲率逐渐于直线，以后曲率逐渐 增大，载荷达最大值增大，载荷达最大值 Fbc后稍有下降，然后后稍有下降，然后 破裂，能听到沉闷的破破裂，能听到沉闷的破 裂声。裂声。 v铸铁试样破裂后呈鼓形，铸铁试样破裂后呈鼓形， 破裂面与轴线大约成破裂面与轴线大约成 45，如图，如图1-6b所示，所示， 这主要是由切应力造成这主要是由切应力造成 的。的。 31 五、实验步骤五、实验步骤 v1开机开机 打开电源及油泵电机，启动计算机及测

21、试软件。打开电源及油泵电机，启动计算机及测试软件。 v2测量试样尺寸测量试样尺寸 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。方向上测量直径，取其平均值。数据列表记录。 v3装夹试样装夹试样，软件参数调零。，软件参数调零。 v4参量设置参量设置 包括试验曲线类型选择，试验力和变形窗口量包括试验曲线类型选择，试验力和变形窗口量 程选择。程选择。 详细参数设置请参见附详细参数设置请参见附1-3-微机控制液压万能微机控制液压万能 材料试验机。材料试验机。 32 v5测试测试 待一切准备工作完成后，正式测试。测待一切准备工作完成后，正式测试。测