材料的拉伸压缩实验

一、实验目的

1.      观察试件受力和变形之间的相互关系；

2.      观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象；观察铸铁在压缩时的破坏现象。

3.      测定拉伸时低碳钢的强度指标（s_s、s_b）和塑性指标（d、y）；测定压缩时铸铁的强度极限s_b。

4.      学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。

二、实验设备

1.      微机控制电子万能试验机；

2.      游标卡尺。

三、实验材料

拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图1所示，压缩实验所用试件（材料：铸铁）如图2所示：

 

图1  拉伸试件                          图2  压缩试件

四、实验原理

1、拉伸实验

低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-Dl曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图3。

对于低碳钢材料，由图3曲线中发现OA直线，说明F正比于Dl，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B¢点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地加载，并应用s_s=F_s/ A₀（A₀为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。

图3  低碳钢拉伸曲线

屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷F_b后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式s_b=F_b/A₀计算强度极限（A₀为试件变形前的横截面积）。

根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率d和端面收缩率y，即

，

式中，l₀、l₁为试件拉伸前后的标距长度，A₁为颈缩处的横截面积。

2、压缩实验

铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-Dl曲线，即铸铁压缩曲线，见图4。

 

对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷F_b时，突然发生破裂。铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成45°～55°的倾斜断裂面，这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，使试件被剪断。

材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。铸铁受压时曲线上没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形。由于试件承受压缩时，上下两端面与压头之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。

铸铁压缩实验的强度极限：s_b=F_b/A₀（A₀为试件变形前的横截面积）。

五、实验步骤及注意事项

1、拉伸实验步骤

（1）试件准备：在试件上划出长度为l₀的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d₀。

（2）试验机准备：按试验机®计算机®打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。

（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已安装好，对夹具进行检查。

（4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。

（5）开始实验：点击主机小键盘上的试样保护键，消除夹持力；位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。

（6）记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两端对齐、靠紧，用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度l₁及断口处的最小直径d₁（一般从相互垂直方向测量两次后取平均值）。

2、   压缩实验步骤

（1）试件准备：用游标卡尺在试件中点处两个相互垂直的方向测量直径d₀，取其算术平均值，并测量试件高度h₀。

（2）试验机准备：按试验机®计算机®打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。

（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已安装好，对夹具进行检查。

（4）放置试件：试验力清零；把试件放在压盘中间，通过小键盘调节横梁位置，通过肉眼观察，到上压盘离试件上平面还有一定缝隙时停止。（注意：尽量将试件放在压盘中心，如放偏的话对试验结果甚至是试验机都有影响。）

（5）开始实验：位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。

（6）记录数据：试件压断后，取下试件；记录强度载荷F_b。

六、实验数据记录及处理结果

1.低碳钢F-△l拉伸曲线

2.实验数据及数据处理

3.铸铁F-△l压缩曲线

3.       铸铁的极限强度：

4.       铸铁断口呈不平整状，是典型的脆性断裂；低炭钢断口外围光滑，是塑性变形区域，中部区域才呈现脆性断裂的特征。这表明，铸铁在超屈服应力下，瞬时断开；而低碳钢在超应力的时候，有塑性形变过程，发生颈缩，直到断面面积减小到一定程度时，才瞬时断裂。

第二篇：拉伸与压缩实验报告

拉伸与压缩实验报告

一、      实验目的

1、            观察实验过程中的各种现象，画出应力—应变曲线；

2、            测定低碳钢拉伸时的屈服极限、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率

3、            测定铸铁的抗拉强度和抗压强度；

二、      实验设备

万能实验机

游标卡尺

钢板尺

两脚规

三、      试样

本实验所用塑性材料试样用低碳钢按国家标准规定制成，脆性材料试样由铸铁按国家标准规定制成。

1、试件简图

2、实验前试件尺寸

（1）拉伸试件：低碳钢；        

               铸铁；

（2）压缩试件：低碳钢；

               铸铁

四、      实验结果

1、应力—应变曲线（曲线）

（1） 低碳钢拉伸曲线；（2）铸铁拉伸和压缩曲线

2、强度指标

（1）拉伸：低碳钢；铸铁

（2）压缩：低碳钢；铸铁

3、实验后试件尺寸和塑性指标

   低碳钢：        ，断裂处最小直径     

  断面收缩率         

五、      回答问题

1、            低碳钢拉伸时的四个阶段是什么？

2、            如何区分塑性材料和脆性材料？

（＞5％为塑性材料，＜5％为脆性材料＝

3、            表征材料的强度指标和塑性指标分别是什么？

（强度指标是屈服极限和强度极限，塑性指标是伸长率和断面收缩率）

4、            低碳钢拉伸时的滑移线是什么原因所致？铸铁压缩时为什么沿与轴线成角方向断裂？

（滑移线是最大切应力所致，铸铁压缩时最大切应力发生在角斜截面上，断裂是由该最大切应力造成的，铸铁抗压不抗剪。）