工程力学实验低碳钢和铸铁的拉压实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2013工程力学实验安排：,对应书上的目录 实验地点,实验一 理论力学实验 41 43 南一楼E221,实验二 材料的拉压实验 111 112 南一楼E119,实验三 扭转实验 12 南一楼E122,实验四 电测基础实验 31 南一楼E323,实验五 梁的弯曲实验 32 南一楼E324A,实验六 组合变形实验 33 南一楼E324B,1,低碳钢（Q235钢）和铸铁的拉伸实验,一、实验目的：,1测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：,上屈服强度，下屈服强度和抗拉强度。,2测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：,断后伸长率和断面收缩率。,3测定铸铁的强度性能指标：抗拉强度。,4观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁,两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。,5. 学习试验机的使用方法。,实验二、低碳钢和铸铁的拉伸和压缩实验,2,二、设备和仪器,1材料试验机（见下图）。,2电子引伸计（见下图）。,3游标卡尺。,3,4,5,6,7,8,三、试样,国标GB/T2282002 “金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图1-1所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。平行部分中测量伸长用的长度称为标距。受力前的标距称为原始标距，记作L0，通常在其两端划细线标志。,本次实验采用d0=10mm,原始标距等于5d0的圆形截面短比例试样。,l,0,l,b,h,(a),(b),图1-1 试样,9,四、实验原理,低碳钢（Q235 钢）的拉伸实验（图解方法）,将试样安装在试验机的上下夹头中，引伸计装卡在试样上，启动试验机对试样加载，试验机将自动绘制出载荷位移曲线（F-L曲线），如图1-2。观察试样的受力、变形直至破坏的全过程，可以看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段）。,10,上屈服强度,下屈服强度,抗拉强度,式中：A,0,为试样原始横截面面积。,11,测量断后的标距部分长度Lu和颈缩处最小直径du，按以下两式计算其主要塑性指标：,断后伸长率,式中：L0为试样原始标距长度,工程上把,5%,的材料称为塑性材料， 把,5%,的材料称为脆性材料,断面收缩率,式中A0和AU分别是试样原始横截面积和断后最小横截面积,12,移位法测定断后标距长度,如果断口到邻近标距端距离小于或等于,L0,/3，就需要用移位法测定断后标距长度，因为断口附近发生严重的塑性变形，近的一端的颈缩端就只有一部分在标距长度内,如果直接测量，塑性伸长量就小。,13,铸铁的拉伸实验,铸铁拉伸时没有屈服阶段，拉伸曲线微微弯曲，在变形很小的情况下即断裂，断口为平端口。因此对铸铁只能测得其抗拉强度，即,铸铁的抗拉强度远低于低碳钢的抗拉强度,L,F,F,b,0,图1-4铸铁拉伸,14,五、实验步骤,1测量试样尺寸,直径d,0,在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在相互垂直方向各测量一次，取其平均值。用三个平均值中最小者计算横截面面积，数据列表记录。,标距长度L,0,量取计算长度L,0,（取L,0,=5 d,0,），在试样两端划细线标志，用刻线机将其划分成10等分（或5等分）。,2. 开机,打开电源开关；启动计算机进入Windos操作系统；点击试验机控制软件，进入试验机操作界面；按复位按扭使控制系统上电。,15,3. 系统参数设置,点击“模式设置”选项，选择试验模式-拉伸实验。,4. 试验基本参数设置,点击“操作”按扭，进入“试验基本参数”界面，选择变形测量模式引伸计。,5. 试验过程设置,主要有：试样基本参数设定；试验力档位设定；变形调零；变形档位设定；曲线参数设定等。详细设置请参见“电子拉力试验机”。,6装夹试样，安装引伸计,上下夹头均为斜锲夹块，将试样的夹持部位放入V型槽中央。注意低碳钢拉伸实验须测定标距范围内的变形，因此试样上下夹持部位均须留出5-10mm，以便安装引伸计。铸铁拉伸实验则不用安装引伸计。,16,7测试,待一切准备工作完成后，点击“上行”按扭，开始拉伸实验。测试完毕保存实验文件。注意实验过程中观察图形和数据显示窗口以及试样破坏情况。,特别提请注意的是，当实验曲线出现水平线一定程度后，试样开始进入局部变形阶段时，点击“取引伸计”按扭，迅速取下引伸计，以免引伸计损伤。,8打印,点击“报告打印”，输出实验曲线。,9卸载并取出试样,卸载并取出试样，注意保护试样断口形貌。,17,10测量,断后标距L,1,和断后颈缩处最小直径d,1,（仅对低碳钢拉伸实验）,测量时应注意将低碳钢试样两段的断口紧密对接，若断口到邻近标距端距离小于或等于,L,0,/3,时,，,则应用移位法（亦称为补偿法）测定断后标距长度L,1,。测量颈缩处最小直径d,u,时，在最小处互相垂直的两个方向测量直径。注意应用卡尺测量前端较窄的部位，以免由于弧线的影响而测量不到实际的最小值。,11关机,注意清理实验现场，将相关仪器还原。,18,六、实验结果处理,1实验原始数据记录参考表1-1和表1-2填写,表1-1 试样原始尺寸数据记录,19,表1-2 试样断后尺寸,2实验数据处理,低碳钢,据F-L曲线（拉伸图）确定上屈服力F,su,和下屈服力F,sl,点的位置，并计算其大小，按公式1-11-3计算上屈服强度,su,、下屈服强度,sl,和抗拉强度,b,，按式1-4和1-5计算断后伸长率,和断面收缩率,。,20,铸铁,据试样所承受的最大力值F,b,，按式1-6计算抗拉强度,b,。,七、实验报告要求,1. 包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录（列表表示）与实验数据处理，分析讨论。,2. 画出试样断裂后形状示意图（可画在数据记录和处理栏内）。用移位法测定断后收缩率的测量和计算过程应图示说明。,3. 试验机自动绘制的F-L图附于实验报告内。,21,22,23,图附1-2-6 曲线显示窗口的设置,24,附图1-2-7 数据分析窗口,25,26,低碳钢（Q235钢）和铸铁的压缩实验,一、实验目的,1测定低碳钢（Q235）的压缩屈服点,sc,和铸铁的 抗压强度,bc,。,2观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。,二、设备和仪器,1材料试验机。,2游标卡尺。,27,三、试样,一般细长杆压缩时容易产生失稳现象，因此在金属压缩实验中常采用短粗圆柱形试样。其公差、表面粗糙度、两端面的平行度和对试样轴线的垂直度在国标GB/T7314-2005中均有明确规定。,目前常用的压缩实验方法是两端平压法。由于试样两端面不可能理想地平行，实验时必须使用球形承垫（见图1-5a），试样应置于球形承垫中心，藉球形承垫自动调节实现轴向受载。由于试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值hodo有关，同时考虑压杆的稳定性因素，为此国家标准对试样高度ho与直径do之比规定在13的范围内。本次实验采用,1015的圆柱形试样。,28,四、实验原理,试验时对试样缓慢加载，试验机自动绘出压缩图（即试验力F位移L曲线）。低碳钢试样压缩图如图1-5b所示。试样开始变形时，服从胡克定律，呈直线上升，此后变形增长很快，材料屈服。此时载荷暂时保持恒定或稍有减小，这暂时的恒定值或减小的最小值即为压缩屈服载荷,FSC,。有时屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后的最低载荷为压缩屈服载荷,FSC,。此后图形呈曲线上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相应增大，增大了的截面又能承受更大的载荷。试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图1-5a所示）而不破裂，因此测不出抗压强度。,29,铸铁试样压缩图如图1-6a所示，其开始时接近于直线，以后曲率逐渐增大，载荷达最大值F,bc,后稍有下降，然后破裂，能听到沉闷的破裂声。,铸铁试样破裂后呈鼓形，,破裂面与轴线大约成45，如图1-6b所示，这主要是由切应力造成的。,30,五、实验步骤,1开机,打开电源及油泵电机，启动计算机及测试软件。,2测量试样尺寸,用游标卡尺在试样高度中点处两个相互垂直的方向上测量直径，取其平均值。数据列表记录。,3装夹试样,，软件参数调零。,4参量设置,包括试验曲线类型选择，试验力和变形窗口量程选择。,详细参数设置请参见附1-3-微机控制液压万能材料试验机。,31,5测试,待一切准备工作完成后，正式测试。测试完毕，保存实验文件，数据分析输出，读取低碳钢压缩屈服载荷F,SC,。在实验过程中注意观察图形和数据显示窗口以及试样破坏情况。,6卸载并取出试样,注意观察试样有何变化。,7关机,注意清理实验现场，将相关仪器还原。,32,六、实验结果处理,1. 参考表1-4记录实验原始数据,。,表1-4 实验原始数据记录参考表,33,2. 实验数据处理,据低碳钢压缩实验所得到的屈服载荷F,sc,计算低碳钢的压缩屈服点,（1-7）,据铸铁压缩实验所得到的最大载荷F,bc,计算铸铁的抗压强度,(1-8),34,七、实验报告要求,包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录（列表表示）与实验数据处理，试样破坏形状示意图，分析讨论。,请同学们在实验前一定要预习,35,