铸铁低碳钢的力学性质实验报告

工程力学实验报告 实验组别 组 实验者姓名 实验日期 实验一 金属的拉伸实验 一 实验目的及要求 1 观察材料拉伸时的负荷位移曲线 了解拉伸变形的几个阶段 2 测定低碳钢材料的屈服强度 拉伸强度 延伸率和断面吸收率 3 测定铸铁材科抗拉强度 延伸率 断面吸收率 4 比较低碳钢与铸铁拉伸时的力学性质 5 比较了解电子万能材料试验机构构造及工作原理 2 实验原理 用拉伸力将试样拉伸 一般拉至断裂以便测定其力学性能 3 实验设备 机器型号 CSS 44100 电子万能材料试验机 量程 最大扭荷 100KN 测量直径的量具 千分尺 精度 0 01mm 测量长度的量具 游标卡尺 精度 0 02mm 四 实验步骤 1 测量试样尺寸 在试样上做出标距标记 2 试验机准备 3 安装试样 4 进行试验 5 储存试验结果 并取下试样 6 测量断后试样尺寸 7 恢复原状 五 实验数据及计算结果 实验前实验后 截面尺寸 d1 mm 断口截面尺寸 d2 mm 实验材 料 测 量 部 位 沿两正交反 向测得的数 值 mm 平均 值 mm 最小 平均 值 mm 截面面 积 A1 mm2 标距 L1 mm 沿两正交 反向测得 的数值 mm 平均 值 mm 截面面 积 A2 mm2 断后 长度 L2 mm 110 00 上 210 60 10 30 19 98 16 38 中 211 00 10 49 110 80 低碳钢 下 211 20 11 00 10 3083 2849 42 26 46 6 4232 3562 88 110 00 上 29 90 9 95 110 00 19 90 中 29 92 9 96 19 88 铸铁 下 29 84 9 86 9 9577 7249 00 29 86 9 8876 6349 64 屈服强度抗拉强度 实 验 材 料 载荷 N 强度 Mpa 载荷 N 强度 Mpa 伸长率 断面收缩率 低 碳 钢 25371 42304 6535657 14428 1627 2361 16 铸 铁 无无 12800 03164 691 311 40 6 绘制低碳钢拉伸时的应力应变曲线 铸铁拉伸时的应力应变曲线 7 画出低碳钢和铸铁的断口草图 并说明其特征 九 思考题 用统一材料制作的长 短比例制件各一根 拉伸试验所测得的屈服强度 抗拉强度 断面收缩率和延伸率都相同吗 答 相同 因为延伸收缩率与试件的标距长度有关 比例试件的横截面积 和长度存在一定比例关系 实验二 金属的压缩实验 一 材料力学压缩试验目的及要求 1 测定压缩时低碳钢的屈服强度和铸铁的抗压强度 2 观察低碳钢和铸铁试样压缩时的变形和破坏特征 二 实验原理 用压缩力将试样压缩 一般延性材料压至屈服 脆性材料压至断裂以测定压缩 时的力学性能 低碳钢铸铁 三 实验设备 1 电子万能材料试验机 2 游标卡尺 3 千分尺 四 实验步骤 1 测量试样尺寸 2 试验机准备 3 安装试样 4 进行试验 5 结束工作 恢复原样 五 实验数据及计算结果 1 实验前数据 试样中点处原始直径 d0 mm 材料 1 2 平均 低碳钢 10 1210 2810 20 铸铁 10 5210 6810 60 2 实验记录及材料力学性能计算 材料 屈服载荷 Ps kN 屈服极限 s MPa 最大载荷 Pb kN 抗压强度 b MPa 低碳钢 23714 29290 36 铸铁 78400 00888 86 3 试样破坏断面形状图及破坏原因分析 材 料 低碳钢铸铁 破 坏 面 示 意 图 破 坏 原 因 分 析 低碳钢为代表的塑性材料 由于硬 度小 富有延展性 抗压强度低 在压 缩过程中 当应力小于屈服应力时 其变形情况与拉伸时基本相同 但当 达到屈服应力后 试件会产生横向塑 性变形 随着压力的继续增加 试件 的横截面面积不断变大 同时由于试 样两端面与试验机支承垫板间存在 摩擦力 约束了这种横向变形 故 试样出现显著的鼓胀 呈鼓形 以铸铁材料为代表的脆性金属材 料 由于塑性变形很小 所以尽 管有端面摩擦 鼓胀效应却并不 明显 当应力达到一定值后 试 样在与轴线大约成 45 55 的 方向上发生破裂 这种现象是由 于脆性材料的抗剪强度低于抗压 强度 从而使试样被剪断 说明 铸铁试样轴线呈 45 度的斜面上产 生的剪切力最大 低碳钢压缩 受力曲线 铸 铁压缩受力 曲线 六 思考题 1 由低碳钢和铸铁的拉伸和压缩试验结果 比较延伸性材料和脆性材料的力学 性能和破坏特征 答 铸铁拉伸时没有明显的屈服和颈缩现象 拉伸变形很小 延伸率 也很小 断面为横断面 断口呈颗粒状 铸铁压缩时发生明显的塑性形变 断口较光滑 断口平面与轴线夹角大约45 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段 屈服阶段 强化阶段和局部变形 阶段 而铸铁没有 铸铁承受压缩的能力远远大于承受拉伸的能力 属于脆性材料 其 抗压能力比抗拉能力好 作为受压构件使用 而低碳钢为塑性材料抗拉与 抗压性能接近 适用于受拉构件 2 根据铸铁试样的压缩破坏的形式 分析其破坏原因 并与其拉伸破坏做比较 答 铸铁压缩时发生明显的塑性形变 断口较光滑 断口平面与轴线 夹角大约 45 这是由于在断口位置剪应力已达到能抵抗的最大值 抗剪 先于抗压达到极限 因而呈斜面剪切破坏 铸铁压缩曲线与拉伸曲线相比 可得抗压程度比抗拉程度高 实验三 金属的扭转实验 一 实验目的 1 观察比较低碳钢和铸铁材料在扭转过程中的变形现象及破坏形式 2 测定低碳钢的抗扭屈服极限 s和抗扭强度极限 b 3 测定铸铁材料的抗扭强度极限 b 二 实验原理 对实验试样施加一定的扭矩 直到试样破坏 由此测得此材料在扭转时的力学 性能指标 三 实验设备 1 NDS I 型电子式扭转试验机 2 游标卡尺 四 实验步骤 1 测量试样尺寸 2 试验机准备 1 输入实验参数 2 选择试验机量程 3 安装试样 4 进行试验 5 结束工作 恢复原状 五 实验数据及计算结果 1 试样原始尺寸 直径 mm 截面 1截面 2截面 3 实验材 料 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 最小截 面面积 mm2 低碳钢10 1210 2810 2010 1810 1810 1810 1410 1810 1681 03 铸铁9 889 929 909 909 989 949 909 869 8876 62 2 根据曲线分析实验数据及计算结果 实验材料 屈服荷载 N m 最大荷载 N m 屈服极限 MPa m 强度极限 MPa m 低碳钢44 5794 290 551 16 铸铁无68 00无0 89 破坏形势图 低碳钢扭转所受扭矩曲线 铸铁扭 转所受扭矩曲线 六 思考题 1 低碳钢和铸铁材料的扭转破坏有何不同 根据断口形式分析其破坏原因 答 铸铁发生断裂 低碳钢发生扭转边形 碳原子使构件稳定 低碳钢内含少量碳 韧性较好 而铸铁内含大量 碳 较为脆硬 3 分析比较塑性材料和脆性材料在拉伸压缩及扭转时的变形情况和破坏特点 并归纳这两种材料的机械性能 低碳钢 铸铁 塑性材料脆性材料 刚度 变