金属材料常规力学性能相关实验

1、金属材料常规力学性能金属材料常规力学性能综合测定实验综合测定实验 实验时间实验时间: 3: 3小时小时 实验任务实验任务 1.测定拉伸时低碳钢的 、 、 、 ；铸铁的 ;测定压缩时铸铁的 和低碳钢的 。2.测定扭转时低碳钢的 、 ;测定扭转时铸铁的实验要求实验要求 1.初步掌握金属材料机械性能的测试方法。 2.观察、比较、总结低碳钢与铸铁材料力学性能 的特点与差别。sbbsbSbb教学重点：比较低碳钢与铸铁的力学性能。 教学难点：低碳钢扭转屈服极限及强度极限。实验设备：实验设备：1.游标卡尺； 2.金属拉伸试样标距仪； 3.万能材料试验机; 4.扭转试验机。 实验原理实验原理低碳钢拉伸：低碳钢

2、拉伸：低碳钢拉伸分为四个阶段： 即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩 阶段。 强度指标有：屈服极限： （名义应力）强度极限： （名义应力） 0AFsL0AFbL塑性指标有：断面延伸率：断面收缩率： 为塑性材料 为脆性材料 %100001LLL%100010AAA%5%5测量时，请注意断口移中的问题。 铸铁的拉伸：铸铁的拉伸：铸铁拉伸没有屈服极限，只有唯一指标是强度极限：低碳钢的压缩：低碳钢的压缩：低碳钢的压缩与拉伸类似，只是没有强度极限，只有屈服极限：铸铁的压缩：铸铁的压缩：铸铁的压缩只有强度极限：0AFbLbL0AFscsc0AFbcbc低碳钢扭转：低碳钢扭转：扭 矩 T 和 扭 转 角 之

3、 间 的 关 系 曲 线 如 下 图所 示 ： 它 与 拉 伸 图 相 似 ， 曲 线 上 的 O A 段为直线，表示与T成正比，材料服从虎克定律。T0203122dsssddTWTdTsss43123TT=TSdTTTTTTST对于强度极限也可以推出 WTbb43 低碳钢扭转试样的断口为平断口，由于低碳钢抗拉能力强，抗剪能力差， 故从横断面剪断。 铸铁扭转：铸铁扭转： 铸铁抗剪能力强，抗拉能力差，由于 ，故沿着 方向成45方向的螺旋线拉断。 T0WTbb1实验步骤拉、压实验：拉、压实验： 1.测定试样直径：拉伸时取试样三个截面（两端及中间），在相互垂直两个方向各测量一次直径，取其算术平均值表

4、示该处直径，取三次算术平均值中的最小值作为试样计算直径。 压缩时，在试样的长度中央取一处予以测量，在相互垂直两个方向各测量一次直径，取其算术平均值作为试样的计算直径。 2.将试样放在金属拉伸试样标距仪上打标记每mm打一个标记，共打个标记。 3.选择测力范围： 万能材料试验机共有、N三个读盘。根据附录查得低碳钢（级）的强度极限为a、灰口铸铁的压缩强度极限为a。试样横截面面积约为.mm由 ，可估算出拉伸试验最大载荷在之间；压缩试验最大载荷在之间。因此，做拉伸试验时选择的读数盘，做压缩试验时选择的读数盘。并在摆杆上配置相应的摆锤使与所选用的测力度盘相匹配。 0AFbb装好绘图仪：选择合适的绘图比例，

5、将记录笔装在笔架上，记录纸卷于卷纸筒上。 5.指针调零：先开动油泵电动机，打开送油阀，将活动平台上升起少许，然后关闭油阀。转动摆杆上的平衡铊，使摆杆保持铅垂位置。再转动水平齿杆，使指针对准“零”点。 6.安装试样：拉伸时先将试样安装在试验机的上夹头内，此时下夹头不得夹住试样，再开动下夹头升降电动机，调整下夹头位置，把试样夹紧。压缩时，将试样置于试验机的活动平台球形承垫的中心位置上。7.进行试验：控制试验机进油阀，用适当的速度对试样加力。注意观察测力指针的转动，自动绘图的情况和相应的实验现象。读取屈服荷载和极限荷载b。试验结束后，取下试样，观察断口形状。低碳钢拉伸断口形状为杯锥状，在拉伸试样断口

6、的边缘部分基本上与轴线成方向，这显然是由剪应力引起的破坏断口中心部分与轴线垂直，这显然是由三向拉应力引起的破坏。 铸铁的拉伸断口形式与轴线垂直的平断 口，这是由于铸铁的抗拉能力最差，是由 拉应力引起的破坏。 低碳钢压缩成鼓形。由于低碳钢压缩时会产生很大的横向变形，但由于试样两端面与试验机支承垫板间存在磨擦力，约束了这种横向变形，故试样出现显著的鼓胀。 铸铁的压缩断口与轴线大约成的方向上发生破裂。这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。 和d的测定：把两节试样对接好后，量取其长度与直径。测定试样直径： 取试样三个截面（两端及中间），在相互垂直两个方向各测量一次直径，取其算术平均

7、值表示该处直径，取三次算术平均值中的最小值作为计算直径。扭转实验步骤扭转实验步骤.选择测力范围: 型扭转试验机共有m、m、m、m四个读数盘。由实验原理的单元体可知，在方向上的拉应力最大。且 ，在书上查不到最大剪应力，就查最大拉应力即可。根据附录查得低碳钢（级）的强度极限为375a。试样的抗扭截面模量为.mm。由 ，可估算出扭转试验最大载荷为8.5121m。考虑到试样材料的不均匀性，选择m的读数盘，并把量程选择手轮转到m上。 31TWT34装好自动绘图器的笔和纸，打开绘图器。安装试样： 先将试样一端装在固定夹头中，（在装试样时，请注意试样对中的问题。试样如不对中，则试样受力后，不但受到扭转的力，

8、而且还会受到弯曲的力。因此，在装试样时，必须对中。使夹头中的两个四方垫块左右对中，使试样上、下空隙相等即可。）再使加载机构作水平移动，使试样另一端插入加载夹头中，由于试样夹持部分是由两个平面组成，若与加载夹头的两个平面没有对好，即可调节测速电位器，使加载夹头的两个平面与试样的两个平面对好。先紧固定夹头，再紧加载夹头。 5.调节测量转速装置指零点。6.根据试样要求选定加载方向，调节测速电位器进行加载。读取相关读数。7.试验结束后，取下试样，观察断口形状。 低碳钢扭转破坏断口为与轴线垂直的 平断口。因为低碳钢的抗扭强度小于抗 拉强度，所以沿其横截面被剪断。它是 由剪应力而引起的破坏。 铸铁的扭转破

9、坏断口为沿其方 向成一螺旋面。因为铸铁的抗拉强度小 于抗扭强度，故沿其方向被拉断。 它是由拉应力引起的破坏。 结果整理（按表进行修约）结果整理（按表进行修约） 低碳钢拉伸：强度指标： 屈服极限： 强度极限：塑性指标： 断面延伸率： 断面收缩率： 0AFSLSL0AFbLbL%100001LLL%100010AAA0AFbLbL0AFSCSC铸铁拉伸： 强度极限： 低碳钢压缩： 屈服极限： 铸铁的压缩： 强度极限： 0AFbCbC低碳钢扭转： 屈服极限： 强度极限：铸铁的扭转： 强度极限： TSWT43TbWT43TbWT结论结论 低碳钢是一种拉、压等强度材料，它是一种典型的塑性材料。而铸铁是一种典型的脆性材料，它的抗压强度远远大于抗拉强度。故在现实生