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实验一低碳钢、铸铁的拉伸实验
拉压实验是材料的力学性能实验中最基本最重要的实验,是工程上广泛使用的测定材料力学性能的方法之一。
一、实验目的:
1、了解万能材料试验机的结构及工作原理,熟悉其操作规程及正确使用方法。
2、通过实验,观察低碳钢和铸铁在拉伸时的变形规律和破坏现象,并进行比较。
3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和截面收缩率ψ,铸铁拉伸时的强度极限σb。
二、实验设备及试样
1、万能材料试验机
2、游标卡尺
3、钢直尺
4、拉伸试样:
样L不小于L0+b0/2。为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡,要有足够大的过渡圆弧半径R。试样头部的形状和尺寸,与试验机的夹具结构有关,。这时,试样头部长度不小于楔形夹具长度的三分之二。
三、实验原理及方法
-△L曲线
常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验。可用以测定弹性E和μ,比例极限σp,屈服极限σs(或规定非比例伸长应力),抗拉强度σb,断后伸长率δ和截面收缩率ψ等。这些力学性能指标都是工程设计的重要依据。
1、低碳钢拉伸实验
1)、屈服极限σs及抗拉强度σb的测定
对低碳钢拉伸试样加载,当到达屈服阶段时,低碳钢的P-△L曲线呈锯齿形()。与最高载荷Psu对应的应力称为上屈服点,它受变形速度和试样形状的影响,一般不作为强度指标。同样,载荷首次下降的最低点(初始瞬时效应)也不作为强度指标。一般将初始瞬时效应以后的最低载荷Psl,除以试样的初始横截面面积A0,作为屈服极限σs,即
σs=()
若试验机由示力度盘和指针指示载荷,则在进入屈服阶段后,示力指针停止前进,并开始倒退,这时应注意指针的波动情况,捕捉指针所指的最低载荷Psl。
-△L曲线
屈服阶段过后,进入强化阶段,试样又恢复了抵抗继续变形的能力()。载荷到达最大值Pb时,试样某一局部的截面明显缩小,出现“缩颈”现象。
留在Pb不动,主动针则迅速倒退,表明载荷迅速下降,试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积Ao除Pb得抗拉强度σb,即
()
2)伸长率δ及截面收缩率ψ的测定 试样的标距原长为L0,拉断后将两段试样紧密地对接在一起,量出拉断后的标距长为L1,断后伸长率应为
δ=×100%()
断口附近塑性变形最大,所以L1的量取与断口的部位有关。如断口发生于L0的两端或在L0之外,则实验无效,应重做。若断口距L0的一端的距离小于或等于(),则按下述断移中法测定L0。在拉断后的长段上,由断口处取约等于短段的格数得B点,若剩余格数为偶数(),取其中一半得C点,设AB长为a,BC长为b,则L1=a+2b。当长段剩余格数为奇数时(),取剩余格数减1后的一半得C点,加1后的一半得C1点,设AB、BC和BC1的长度分别为a、b1和b2,则L1=a+b1+b2。试样拉断后,设缩颈处的最小横截面面积为A1,由于断口不是规则的圆形,应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径,以其平均值计算A
1,然后按下式计算断面收缩率:
ψ=×100%()
2、铸铁拉伸实验
铸铁属于脆性材料,拉伸过程中,没有屈服和“颈缩”现象,它的P-△L曲线近似一条斜直线(),本实验我们只测铸铁的抗拉强度极限,所以实验结束后,主动针退回零位,从动针所指示的载荷即是Pb,代入式()计算得出σb。
四、实验步骤
1、测量试样直径 在标距L0的两端及中部三个位置上,沿两个相互垂直的方向,测量试样直径,以其平均值计算各横截面面积,再以三个横截面面积中的最小值为A0。
2、试验机准备 根据试样尺寸和材料,估计最大载荷,选择相适应的示力度盘和摆锤重量,需要自动绘图时,事先应将滚筒上的纸和笔装妥。先关闭送油阀和回油阀,再开动油泵电机,待油泵工作正常后,开启送油阀将活动平台上升约1cm,以消除其自重。然后关闭送油阀,调零。
3、安装试样 安装拉伸试样时,对A型试验机,可开动下夹头升降电机以调整下夹头的位置,但不能用下夹头升降电机给试样加载;对B型试验机,用横梁升降按钮调整拉压空间。
4、加载 缓慢开启送油阀,给试件平稳加载。应避免油阀开启过大,进油太快。试验进行中,注意不要触动摆杆和摆锤。
5、试验完毕,关闭送油阀,停止油泵工作。破坏性试验先取下试样,再缓慢打开回油阀将油液放回油箱。非破坏性试验,自然应先开回油阀卸载,才能取下试样。
五、实验数据处理
按有关公式,将实验数据计算出来,。有效数以后的数字进位规则见附录Ⅱ⑼。
六、数据分析
对你所得出的数据,作出合理的分析。
性能指标数值的修约规定
性能
范围
修约到
σp
σs、
σb
≤200Mpa以下
1MPa
>200Mpa~1000MPa
5MPa
>1000MPa
10MPa
δ
%
ψ
%
六、问题讨论
试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能有什么不同。
实验二低碳钢、铸铁压缩演示实验
一、实验目的:
1、进一步了解万能材料试验机的结构及工作原理,熟悉其操作规程及正确使用方法。
2、通过演示,观察低碳钢和铸铁在压缩时的变形规律和破坏现象,并进行比较。
3、测定低碳钢压缩时的屈服极限σs;铸铁压缩时的强度极限σb。
二、实验设备及试样
1、万能材料试验机
2、游标卡尺
3、钢直尺
4、压缩试样:
压缩试样通常为圆柱形,也分短、长两种()。试样受压时,两端面与试验机垫板间的摩擦力约束试样的横向变形,影响试样的强度。随着比值h0/d0的增大,上述摩擦力对试样中部的影响减弱。但比值h0/d0也不能过大,否则将引起失稳。测定材料抗压强度的短试样(),通常规定1≤h0/d0≤3。,多用于测定钢、铜等材料的弹性常数E、μ及比例极限和屈服极限等。
三、实验原理及方法
3、铸铁的压缩实验:铸铁的压缩实验与拉伸实验的试验曲线形状很相似()。铸铁压缩时,破坏断口会沿450~550左右斜截面断裂,此时,主动针会回到零点,从动针停在原位置不动,记录下载荷Pb,代入式()计算得出铸铁的抗压强度极限σb。
-△L曲线
4、低碳钢的压缩实验:低碳钢压缩时,其P-△,到达屈服时,主动针会停顿甚至倒退,此时记录下屈服载荷Ps,则有: