材料的拉伸压缩实验

一、实验目的

1.      观察试件受力和变形之间的相互关系；

2.      观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象；观察铸铁在压缩时的破坏现象。

3.      测定拉伸时低碳钢的强度指标（s_s、s_b）和塑性指标（d、y）；测定压缩时铸铁的强度极限s_b。

4.      学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。

二、实验设备

1.      微机控制电子万能试验机；

2.      游标卡尺。

三、实验材料

拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图1所示，压缩实验所用试件（材料：铸铁）如图2所示：

 

图1  拉伸试件                          图2  压缩试件

四、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-Dl曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图3。

对于低碳钢材料，由图3曲线中发现OA直线，说明F正比于Dl，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_s=F_s/ A₀（A₀为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。

图3  低碳钢拉伸曲线

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F_b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s_b=F_b/A₀计算强度极限（A₀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d和端面收缩率y，即

，

式中，l₀、l₁为试件拉伸前后的标距长度，A₁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-Dl曲线，即铸铁压缩曲线，见图4。

 

对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷F_b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45°～55°的倾斜断裂面，这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：s_b=F_b/A₀（A₀为试件变形前的横截面积）。

五、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）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，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F_b。

六、实验数据记录及处理结果

1.低碳钢F-△l拉伸曲线

2.实验数据及数据处理

3.铸铁F-△l压缩曲线

3.       铸铁的极限强度：

4.       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。

 

第二篇：拉伸压缩剪切实验报告

实验一  低碳钢拉伸实验报告

实验仪器型号名称：

万能材料试验机

测件尺寸的量具名称：   

      游标卡尺                                            

试验数据：

1、 拉伸试样直径的测量（注明单位）

（     9.92mm      ）、（    9.96mm       ），平均值为（        9.94     ）mm

最后确定的试样直径为9.94mm            ）。

2、 其他数据测量和确定：

试样成分类别：低碳钢试样（ √  ）     铸铁试样（  ）

原始标距：              mm          断后长度：      mm

原始试样截面积：    77.6002         mm²  

断裂处试样直径：（   9.94mm ）、（     9.94mm），平均值为（    9.94  ）mm。

拉伸简图：                                   断后试样简图及断口形貌：

                                                                            

    

                                                     

实验二  铸铁压缩实验报告

实验仪器型号名称：万能材料试验机

测件尺寸的量具名称：游标卡尺

试验数据：

1、压缩式样直径测量

（   9.96m   ）、（    9.92mm），平均值为（ 9.94mm）

2、压缩简图：

          

实验三 材料剪切实验报告

实验机器型号名称：能材料试验机

测件尺寸的量具名称：游标卡尺

试验数据：

（1）实验记录

（2）计算结果

讨论题：

1、低碳钢剪断时断口有什么特点？

低碳钢表面比较平整，铸铁沿着45度角斜截面断裂