實驗二低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗

1、實驗二金屬材料（低碳鋼和鑄鐵）的壓縮實驗一、實驗目的（1）比較低碳鋼和鑄鐵壓縮變形和破壞現(xiàn)象。（2）測定低碳鋼的屈服極限s 和鑄鐵的強度極限 b。（3）比較鑄鐵在拉伸和壓縮兩種受力形式下的機械性能、分析其破壞原因。二、驗儀器和設備（1）萬能材料試驗機。（2）游標卡尺。三、 試件介紹根據(jù)國家有關標準，低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試件一般制成圓柱形試件。低碳鋼壓縮試件的高度和直徑的比例為3：2，鑄鐵壓縮試件的高度和直徑的比例為 2：1。試件均為圓柱體。四、實驗原理及方法壓縮實驗是研究材料性能常用的實驗方法。 對鑄鐵、鑄造合金、建筑材料等脆性材料尤為合適。 通過壓縮實驗觀察材料的變形過程、 破壞形式

2、，并與拉伸實驗進行比較， 可以分析不同應力狀態(tài)對材料強度、 塑性的影響， 從而對材料的機械性能有比較全面的認識。壓縮試驗在壓力試驗機上進行。 當試件受壓時， 其上下兩端面與試驗機支撐之間產(chǎn)生很大的摩擦力， 使試件兩端的橫向變形受到阻礙， 故壓縮后試件呈鼓形。摩擦力的存在會影響試件的抗壓能力甚至破壞形式。為了盡量減少摩擦力的影響，實驗時試件兩端必須保證平行，并與軸線垂直，使試件受軸向壓力。另外。端面加工應有較高的光潔度。低碳鋼壓縮時也會發(fā)生屈服，但并不象拉伸那樣有明顯的屈服階段。因此，在測定 Ps 時要特別注意觀察。在緩慢均勻加載下，測力指針等速轉動，當材料發(fā)生屈服時，測力指針轉動將減慢，甚至倒

3、退。這時對應的載荷即為屈服載荷Ps。屈服之后加載到試件產(chǎn)生明顯變形即停止加載。這是因為低碳鋼受壓時變形較大而不破裂， 因此愈壓愈扁。 橫截面增大時， 其實際應力不隨外載荷增加而增加，故不可能得到最大載荷Pb,因此也得不到強度極限b ，所以在實驗中是以變形來控制加載的。鑄鐵試件壓縮時，在達到最大載荷 Pb 前出現(xiàn)較明顯的變形然后破裂，此時試驗機測力指針迅速倒退，從動針讀取最大載荷 Pb 值，鑄鐵試件最后略呈故形，斷裂面與試件軸線大約呈 450。圖 22 低碳鋼壓縮圖鑄鐵壓縮圖五、實驗步驟（ 1）試驗機準備。根據(jù)估算的最大載荷，選擇合適的示力度盤（量程）按相應的操作規(guī)程進行操作。（ 2）測量試件的

4、直徑和高度。測量試件兩端及中部三處的截面直徑，取三處中最小一處的平均直徑計算橫截面面積。（ 3）將試件放在試驗機活動臺球形支撐板中心處。（ 4）開動試驗機，使活動臺上升，對試件進行緩慢均勻加載，加載速度為0.5mm/min。對于低碳鋼，要及時記錄其屈服載荷，超過屈服載荷后，繼續(xù)加載，將試件壓成鼓形即可停止加載。鑄鐵試件加壓至試件破壞為止，記錄最大載荷。（ 5）取出試件，將試驗機恢復原狀。觀察試件。試驗后材料破壞情況觀察低碳鋼鑄鐵兩種材料的破壞變形情況，分析原因：低碳鋼：試樣逐漸被壓扁，形成圓鼓狀。這種材料延展性很好，不會被壓斷，壓縮時產(chǎn)生很大的變形， 上下兩端面受摩擦力的牽制變形小， 而中間受

5、其影響逐漸減弱。鑄鐵：壓縮時變形很小，承受很大的力之后在大約 45 度方向產(chǎn)生剪切斷裂，說明鑄鐵材料受壓時其抗剪能力小于抗壓能力。圖 23低碳鋼、鑄鐵壓縮后變形圖六、實驗結果的處理（ 1）計算低碳鋼的屈服極限ssPs（2.1）A0（ 2）計算鑄鐵的強度極限bPb（2.2 ）bA0其中 A01 d02 ， d 0 為試件實驗前最小直徑。4七、思考題（ 1）為何低碳鋼壓縮測不出破壞載荷，而鑄鐵壓縮測不出屈服載荷？（ 2）根據(jù)鑄鐵試件的壓縮破壞形式分析其破壞原因，并與拉伸作比較？（ 3）通過拉伸與壓縮實驗，比較低碳鋼的屈服極限在拉伸和壓縮時的差別？（ 4）通過拉伸與壓縮實驗，比較鑄鐵的強度極限在拉伸和壓縮時的差別？八、實驗記錄參考表格表 21 試件原始尺寸直徑（ mm ）最小橫截材高度橫截面 1橫截面 2橫截面 3面面積 A0料（ mm）（1） （2） 平均 （1） （2） 平均 （1） （