低碳钢和铸铁拉伸压缩实验报告

摘要：材料的力学性能也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现的变形、破坏等方面的特性。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。

关键字：低碳钢  铸铁  拉伸压缩实验  破坏机理  

                                                                                      一．拉伸实验

1.低碳钢拉伸实验

拉伸实验试件                                  低碳钢拉伸图

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工程力学实验报告

实验名称：

试验班级： 

实验组号： 

试验成员：

实验日期：  

一、试验目的

1、测定低碳钢的屈服点，强度极限，延伸率，断面收缩率。

2、测定铸铁的强度极限。

3、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉伸曲线。

4、熟悉试验机和其它有关仪器的使用。

二、实验设备

1．液压式万能实验机；

2．游标卡尺

三、设备简介

万能试验机简介

具有拉伸、压缩、弯曲及其剪切等各种静力实验功能的试验机称为万能材料试验机，万能材料试验机一般都由两个基本部分组成；

1、加载部分：利用一定的动力和传动装置强迫试件发生变形，从而使试件受到力的作用，即对试件加载。

2、测控部分：指示试件所受载荷大小及变形情况。

四、实验原理

低碳钢和铸铁是工程上最广泛使用的材料，同时，低碳钢试样在拉伸试验中所表现出的变形与抗力间的关系也比较典型。低碳钢的整个试验过程中工作段的伸长量与荷载的关系由拉伸图表示。做实验时，可利用万能材料试验机的自动绘图装置绘出低碳钢试样的拉伸图即下图中拉力F与伸长量△L的关系曲线。需要说明的是途中起始阶段呈曲线是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙造成的。大致可分为四个阶段：

（1）弹性阶段（Ob段）

在拉伸的初始阶段，σ-ε曲线（oa段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（σ_p），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。

线性阶段后，σ-ε曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σ_e），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。

（2）屈服阶段（bc段）

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实验一 金属材料（低碳钢和铸铁）的拉伸实验

一、目的：

1.测定低碳钢的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ；

2.掌握万能材料试验机的工作原理和使用方法。

3.观察两种材料拉伸过程中的各种现象、拉断后的断口情况，分析二者的力学性能。

二、设备及试样：

1.万能材料试验机.

2.游标卡尺

3.PC机一台

三、拉伸试件

根据不同的材料和要求，对试样的形状、尺寸和加工在国家标准中有规定，必须遵照执行。在拉伸试验中，试样按试件长度不同可划分为长试样（L0=10d0）和短试样（L0=5d0）。本次材料拉伸试验采用L0=10d0 （L0为标距即工作段长度，d0 为直径，d0 =10mm）圆形截面试样，见图1-1。为确保材料处于单向拉伸状态以衡量它的各种性能，拉伸试样有工作部分、过渡部分和夹持部分。其中工作部分即标距处必须表面光滑，以保证材料表面的单向应力状态；过渡部分必须有适当的台肩和圆角，以降低应力集中，保证该处不会变形或断裂；试样两端的夹持部分是装入试验机夹头中的，起传递拉力的作用。

试验前，需对低碳钢试样打标距，用试样打点机或手工的方法在试样工作段确定L0=100mm的标记。由于塑性材料径缩局部及其影响区的塑性变形在断后延伸率中占很大比重，显然同种材料的断后延伸率不仅取决于材质、而且取决于试样的标距。试样越短，局部变形所占比例越大，δ也就越大。为便于相互比较，试样的长度应当标准化。

图1—1 拉伸试样

四、试验原理及方法

常温下的拉伸试验是测定材料力学性能的基本试验。可用以测定弹性常数E，比例极限σp，屈服极限σs（或非比例伸长应力σP0.2），强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ等。这些指标都是工程设计的主要依据。

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实验一  低碳钢和铸铁拉伸实验

一、实验目的

1.观察低碳钢和铸铁在拉伸破坏过程中的各种现象，并用试验机的自动绘图装置绘制拉伸曲线（P—ΔL曲线）

2.测定低碳钢的屈服极限σ_s、强度极限σ_B、延伸率δ和断面收缩率ψ，测定铸铁的强度极限σ_B。

3.对实验数据进行分析、归纳、总结的能力。

二、设备及仪器

1．万能材料试验机

能进行拉伸、压缩、剪切及弯曲等各种静力实验的试验机称为万能材料试验机（简称为万能机）。这种试验机的牌号很多，型式各异，但一般均由如下三大部分组成，分别为加载系统（提供使试件产生变形的力）、测量系统（量测试件所受的力和产生的变形）、记录系统（自动记录试验曲线的绘图装置）。

通常根据加力装置把试验机分为两种类型，液压传动式和机械传动式。

液压式万能机的工作原理（图1－1）是以液压油推动工作油缸4的工作活塞6，并带动与活塞相连的活动台9，以使试件受力并产生变形。

图1-1

将试件固定于上、下夹头之间，开动油泵5将高压油通过油管（1）压入工作油缸，工作活塞6随即升起，与活塞相连的活动立柱8和工作台9也随之上升，同时带动上夹头10向上移动，这样便使试件受拉力而产生拉伸变形。

当进行压缩试验时，将试件置于工作台9上的垫板上，然后活塞上升，试件便受压力而产生压缩变形。

加于试件上的载荷大小可由摆锤测力机构来测量。在加载时，工作油缸内的高压油通过另一根油管（2）进入测力油缸14，两个油缸的油压是一样的，此油压通过推动测力活塞15传递给拉杆，由拉杆再通过横杆使摆锤16倾斜，同时，摆上的推杆推动水平齿杆17并带动齿轮旋转，在齿轮轴上装有测力指针，即可在测力度盘上示出载荷的大小。

改变摆锤的重量，可以把试验机调节到不同的载荷范围，一般试验机可以更换三种锤重，测力度盘上也相应有三种刻度。如30吨万能机有0～6吨、0～15吨、0～30吨三种测量范围。

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实验编号2                                               低碳钢和铸铁的拉伸实验

低碳钢和铸铁拉伸试验

一、    概述

常温，静载下的轴向拉伸试验是材料力学实验中最基本，应用最广泛的实验。通过拉伸试验，可以全面地测定材料地力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。弹性模量E是表征材料力学性能中弹性的重要指标之一，它反映了材料抵抗弹性变形的能力。这些性能指标对材料力学地分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有极其重要的作用。

二、    实验目的

1、     测定低碳钢的下屈服点бSL  、抗拉强度бb 、断后伸长率δ、断面收缩率ψ

2、     验证虎克定律，测定低碳钢的弹性模量E

3、     测定铸铁的抗拉强度бb

4、     观察分析两种材料在拉伸过程中的各种现象

5、     学习自动绘制σ－ε曲线及微机控制电子万能实验机、电子引伸计的操作

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低碳钢、铸铁拉伸试验

一、实验目的

    本试验以低碳钢和铸铁为代表，了解塑性材料在简单拉伸时的机械性质。它是力学性能试验中最基本最常用的一个。一般工厂及工程建设单位都广泛利用该实验结果来检验材料的机械性能。试验提供的 E，R_eL，R_m，A和Z等指标，是评定材质和进行强度、刚度计算的重要依据。本试验具体要求为：

1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。

2．测定强度数据，如屈服点R_eL，抗拉强度R_m。

3．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率A，截面收缩率Z。

4．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。

二、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F-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F-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R-ε曲线)来表示：

             ——试样的名义应力

             ——试样的名义应变

S₀和L₀分别代表初始条件下的面积和标距。R-ε曲线与F-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R-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R-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。

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实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验

一、实验目的

1、测定低碳钢的弹性模量E、屈服极限σs 、强度极限σb 、延伸率δ和断面收缩率Ψ。

2、测定铸铁的强度极限σb 。

3、观察低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。

4、 熟悉材料实验机和其它仪器的使用。

二、实验设备

1、WE-600型万能材料试验机，WDW-100型微机控制电子万能试验机。

2、游标卡尺。

3、引伸仪。

三、实验步骤

1、试验机准备。根据估算的最大载荷，选择合适的示力度盘（量程）和相应的摆锤，并按相应的操作规程进行操作。

2、测量试件的直径。在标距两端及中部三个位置上，沿互相垂直的方向，测量试件直径，以其平均值计算弹性模量，以其最小值计算强度和断面收缩率。

3、安装试件。

4、安装引伸仪（只用于低碳钢拉伸试验）

5、进行预拉（只用于低碳钢拉伸试验）。为了检查机器和仪表是否处于正常状态，先把荷载预加到略小于Pn（测定弹性模量E时最大荷载），然后卸载到0～P0之间。

6、加载。在测定低碳钢的弹性模量时，先加载至P0，调整引伸仪读数为零或记录初始读数。加载按等增量法进行，记录每级荷载下的引伸仪读数，载荷最大加至Pn，然后取下引伸仪。加载应保持匀速、缓慢。测出屈服载荷Ps后，可稍加实验速率，最后直到将试件拉断，记录最大载荷Pb。对铸铁试件，应缓慢匀速加载，直至试件被拉断，记录最大载荷Pb。

7、取下试件，将试验机恢复原状。观察试件并测量有关数据。

四、思考题

1、参考低碳钢拉伸图，分段回答力与变形的关系以及在实验中反映出的现象。

2、由低碳钢、铸铁的拉伸图和试件断口形状及其测试结果，回答二者机械性能有什么不同。

3、测定E时为何要加初载荷P0并限制最高载荷Pn？使用分级加载的目的是什么？

4、实验时如何观察低碳钢的屈服极限？

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