机实验指导书.doc

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实验一 金属材料拉伸、压缩实验 ? ?实验简介:金属材料常温、静载下的轴向拉伸与压缩实验是材料力学实验中最基本且应用广泛的实验。通过实验,可以全面测定材料的力学性能指标。这些指标对材料力学的分析计算及工程设计有极其重要的作用。本次试验将选用低碳钢和铸铁作为塑性材料和脆性材料的代表,分别进行拉伸和压缩实验。 预习要求:学生在上实验课之前,必须复习课堂上讲过的有关材料在拉伸、压缩时力学性能的内容。根据上述试验目的,写出确定各个力学性能参数的计算公式,明确在试验前应测量哪些初始数据,在试验过程中需要记录哪些数据,合理列出本次试验所需的数据记录与表格,画在实验记录纸上。试验前交指导教师检查。 一.实验目的: 1.测定低碳钢下列力学性能指标:拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率、断面收缩率;压缩时的屈服极限。 2.测定铸铁下列力学性能指标:拉伸时的强度极限;压缩时的强度极限。 3.观察上述两种材料在拉伸和压缩的全过程中所出现的各种变形现象。 4.比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)的力学性能特点与试件的断口情况,分析各自的破坏原因。 二.实验设备仪器: 1.电子万能材料验机。 2.线机和游标卡尺等。 3.符合国标规定的圆形截面拉伸和压缩试件。 ??三.实验原理 :-4 进行拉伸验时,外力必须通过试样轴线,以确保材料处于向状态。一般试验机都设有自动绘图装置,用以记录试样的拉伸图即F-ΔL曲线,拉伸图往往名义应力-应变曲线(即σ-ε曲线)来: 试样的名义应力 试样的名义应变 A0和L0分别代表初始条件下的面积和标距。向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在σ-ε曲线上定义的。如果验能提供一条精确的σ-ε图,指标就可精确地测定。 不同性质的材料σ-ε曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁的拉伸曲线在工程材料中十分典型,掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。 低碳钢具有良好的塑性,屈服阶段σ-ε曲线上出现明显的屈服点这时应力基本上不变化,而变形快速增长。从屈服阶段开始,材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑,材料杂质含量少,可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线强化阶段,材料恢复了对继续变形的抵抗能力,载荷就必须不断增长。如果在这一阶段卸载,弹性变形将随之消失,而塑性变形将永远保留下来。对低碳钢来说σb是材料均匀塑性变形的最大抗力,是材料进入颈缩阶段的标志颈缩阶段,塑性变形开始在局部进行。局部截面急剧收缩,承载面积迅速减少,试样承受的载荷很快下降,直到断裂。断裂时,试样的弹性变形消失,塑性变形则遗留在破断的试样上。材料的塑性通常用试样断裂后的残余变形来衡量,拉时的塑性指标用断后伸长率δ和断面收缩率Ψ来表示。 低碳钢颈缩部分的变形在总变形中占很大比重。测试断后伸长率时,颈缩局部及其影响区的塑性变形都应包含在标距之内。这就要求断口位置应在标距的中央附近若断口落在标距之外则验无效。 低碳钢断裂时有很大的塑性变形,断口为杯状周边为45°的剪切唇,断口组织为暗灰色纤维状。 铸铁是典型的脆性材料,其拉伸过程较低碳钢简单,可近似认为是经弹性阶段直接过渡到断裂。其破坏断口沿横截面方向,说明铸铁的断裂是由拉应力引起,其强度指标只有σb。铸铁断后伸长率甚小,所以铸铁常在没有任何预兆的情况下突然发生脆断。因此这类材料若使用不当,极易发生事故。铸铁断口与正应力方向垂直,断面平齐为闪光的结晶状组织。? 多数工程材料的拉伸曲线介于低碳钢和铸铁之间,常常只有两个或三个阶段。但强度、塑性指标的定义和测试方法基本相同。所以,通过拉伸破坏试验,分析比较低碳钢和铸铁的拉伸过程,确定其机械性能,在机械性能试验研究中具有典型意义。 低碳钢试件压缩时,在屈服前σ-ε关系曲线与拉伸时相似,当指针转动暂停或稍有退回时的载荷即为屈服载荷。进行压缩试验时,为了减少试件两端面与支承座之间的摩擦力,可在试件端面涂上石墨、润滑油等。但仍不可避免地存在摩擦力而阻止试件的横向变形,以致试件被压成鼓形。 铸铁试件受压时,在很小的塑性变形下发生了破坏,因此只能测出它的破坏抗力b由σb=b/A0。可得铸铁的强度极限。铸铁受压呈微鼓形破坏,试件表面将出现与试件横截面成45°~ 50°的倾斜裂纹,这是因为铸铁受压时,实际上是先达到剪力极限而破坏。 四.实验步骤: 1.在试件中间取标距长度L0?线机用游标卡尺L0填入数据记录表内 2.测量试件尺寸:在试件标距L0范围内,用游标卡尺分别测量试件两端及中部三个横截面直径,每处在相互垂直

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