1、青海大学_-_机械工程学院 -12 级因材施教材料的拉伸压缩实验【实验目的】1研究低碳钢、铸铁的应力应变曲线拉伸图。2确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限 Rp、下屈服强度 ReL、强度极限 Rm、延伸率 A、断面收缩率 Z 等等） 。3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。4.研究和比较塑性材料与脆性材料在室温下单向压缩时的力学性能。【实验设备】1. 微机控制电子万能试验机；2. 游标卡尺。3、记号笔 4、低碳钢、铸铁试件 【实验原理】1、拉伸实验低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到 F-l 曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图 1。对于低
2、碳钢材料，由图 1 曲线中发现 OA 直线，说明 F 正比于 l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B 点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B 点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷 Fs 时，必须缓慢而均匀地加载，并应用 s=Fs/ A0（A 0 为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。图 1 低碳钢拉伸曲线青海大学_-_机械工程学院 -12 级因材施教屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷
3、Fb 后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式 b=Fb/A0 计算强度极限（A 0 为试件变形前的横截面积） 。根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率 和端面收缩率 ，即，%10l%100A式中，l 0、l 1 为试件拉伸前后的标距长度，A 1 为颈缩处的横截面积。2、压缩实验铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D 转换和处理，并输入计算机，得到 F-l 曲线，即铸铁压缩曲线，见图 2。对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷 Fb 时，突然发生破裂。铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成 4555 的倾斜断裂面，这
4、是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，使试件被剪断。材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。铸铁受压时曲线上没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形。由于试件承受压缩时，上下两端面与压头之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。铸铁压缩实验的强度极限： b=Fb/A0（A 0 为试件变形前的横截面积） 。【实验步骤及注意事项】1、拉伸实验步骤（1）试件准备：在试件上划出长度为 l0 的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径 d0。（2）试验机准备：按试验机计算
5、机 打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册” ，运行配套软件。图 2 铸铁压缩曲线青海大学_-_机械工程学院 -12 级因材施教（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已安装好，对夹具进行检查。（4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。（5）开始实验：点击主机小键盘上的试样保护键，消除夹持力；位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。（6）记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两端对齐、靠紧
6、，用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度 l1 及断口处的最小直径 d1（一般从相互垂直方向测量两次后取平均值） 。2 压缩实验步骤（1）试件准备：用游标卡尺在试件中点处两个相互垂直的方向测量直径d0，取其算术平均值，并测量试件高度 h0。（2）试验机准备：按试验机计算机 打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册” ，运行配套软件。（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已安装好，对夹具进行检查。（4）放置试件：试验力清零；把试件放在压盘中间，通过小键盘调节横梁位置，通过肉眼观察，到上压盘离试件上平面还有一定缝隙时停止。 （注意：尽量将试件放在压盘中
7、心，如放偏的话对试验结果甚至是试验机都有影响。）（5）开始实验：位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。（6）记录数据：试件压断后，取下试件；记录强度载荷 Fb。二.铸铁 F-l 压缩曲线1 铸铁的极限强度： 0/AFb2 铸铁断口呈不平整状，是典型的脆性断裂；低炭钢断口外围光滑，是塑性变形区域，中部区域才呈现脆性断裂的特征。这表明，铸铁在超屈服应力下，瞬时断开；而低碳钢在超应力的时候，有塑性形变过程，发生颈缩，直到断面面积减小到一定程度时，才瞬时断裂。青海大学_-_机械工程学院 -12 级因材施教【实验数据记录及处理结果】试件材料 低碳钢上 中 下测量部位1 2 1 2 1 2
8、测量数值 10.08 10.04 10.02 10.06 10.06 10.10平均值 10.06 10.04 10.08截面直径 md/00d10.04截面面积 20/A79.17实验 前标距长度 ml/0 113.541 2测量数值5.72 5.70断口截面直径d/1平均值 1d5.71截面面积 21/mA25.61实验 后标距长度 l/1 147.21屈服载荷 kNFS/22.56 铸铁拉伸屈服极限 MPas/285 无强度载荷 kFb/34.76 7.85强度极限 Pab/445 100（衡量铸铁强度的唯 一指标）延伸率 29.65% 拉断的伸缩率很小青海大学_-_机械工程学院 -12
9、 级因材施教断面收缩率 67.65%压缩铸铁压缩 低碳钢压缩前:截面面积 20/mA79.49 74.20断面 45斜面 压成铁饼，越压越扁，横截面积不断增大，试样抗压能力也继续增强。强度极限 MPab/625 越压越扁，横截面积不断增大，试样抗压能力也继续增强，所以无压缩时的强度极限强度载荷 kNFb/49.85 但由于它是不断向上延伸的，随压缩抗压能力也逐渐增强，故最大强度荷载不可知【实验结论】1 铸铁作为脆性材料，抗拉强度很低，不宜作为抗拉材料。但是其抗压能力强，宜于作为抗压构件的材料。2 低碳钢压缩时的弹性模量和屈服极限与拉伸时大致相同，进入屈服阶段后，试样越压越扁，横截面积不断增大，抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。3 低碳钢抗压抗拉能力都很高。适宜于抗压抗拉。【实验感想】1 通过实验，把课本知识与实践结合起来，更加深刻的理解了材料在拉伸压缩时的性能。2 本次实验锻炼了小组内成员的分工合作与协调能力。较好的锻炼了我们的实践动手能力。3 力学实验中注意安全是非常重要的，这要求我们实验前把该青海大学_-_机械工程学院 -12 级因材施教实验的注意事项搞清楚，做好试验的预习。
