材料力学实验指导书汇总.doc

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试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。本次试验将参照国家标准GB/T228-2002《金属材料室温 拉伸试验方法》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试验。 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、截面收缩率；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．电子万能材料试验机。 2．画线机、力传感器、位移传感器和游标卡尺等。 3．符合国标规定的圆形截面拉伸和压缩试件。 ??三．实验原理 ： 进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。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P-ΔL曲线，形象地体现了材料变形特点以及各阶段受力和变形的关系。但是P-ΔL曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。因此，拉伸图往往用名义应力-应变曲线(即σ-ε曲线)来表示： 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。σ-ε曲线与P-ΔL曲线相似，但消除了几何尺寸的影响。因此，能代表材料的属性。单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。如果试验能提供一条精确的拉伸图，那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地测定。 不同性质的材料拉伸过程也不同，其σ-ε曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质截然不同的两种典型材料，它们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，由σ-ε曲线（如图)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段（oa）)。σs是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过σs，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限σs作为确定许可应力的基础。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（ce)：屈服阶段结束后，σ-ε曲线又开始上升，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。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶段平行，但重新加载后，材料的弹性阶段加长、屈服强度明显提高，而塑性却相应下降。这种现象称作为形变强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。塑性变形和形变强化二者联合，是强化金属材料的重要手段。例如喷丸，挤压，冷拨等工艺，就是利用材料的冷作硬化来提高材料强度的。强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。随塑性变形的增长，试样表面的滑移线亦愈趋明显。e点是σ-ε曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度记作σb ()。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（ef)：应力达到强度极限后，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，单拉时的塑性指标用断后伸长率δ和断面收缩率Ψ来表示。 其中 L1，A1分别代表试样拉断后的标距和断口的面积。 低碳钢颈缩部分的变形在总变形中占很大比重如图所示。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L1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试验无效。 工程上通常认为，材料的断后伸长率δ 5%属于韧断，δ 5%则属于脆断。韧断的特征是断裂前有较大的宏观塑性变形，断口形貌是暗灰色纤维