工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)低碳鋼和鑄鐵的拉壓實(shí)驗(yàn)

工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)低碳鋼和鑄鐵的拉壓實(shí)驗(yàn)1第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．測定低碳鋼（Q235鋼）的強(qiáng)度性能指標(biāo)：上屈服強(qiáng)度，下屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。2．測定低碳鋼（Q235鋼）的塑性性能指標(biāo)：斷后伸長率和斷面收縮率。3．測定鑄鐵的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度。4．觀察、比較低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵兩種材料的力學(xué)性能、拉伸過程及破壞現(xiàn)象。5.學(xué)習(xí)試驗(yàn)機(jī)的使用方法。實(shí)驗(yàn)二、低碳鋼和鑄鐵的拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)2第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、設(shè)備和儀器1．材料試驗(yàn)機(jī)（見下圖）。2．電子引伸計(jì)（見下圖）。3．游標(biāo)卡尺。3第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日4第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日5第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日6第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日7第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日8第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、試樣國標(biāo)GB/T228－2002“金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法”中規(guī)定對金屬拉伸試樣通常采用圓形和板狀兩種試樣，如圖1-1所示。它們均由夾持、過渡和平行三部分組成。平行部分中測量伸長用的長度稱為標(biāo)距。受力前的標(biāo)距稱為原始標(biāo)距，記作L0，通常在其兩端劃細(xì)線標(biāo)志。本次實(shí)驗(yàn)采用d0=10mm,原始標(biāo)距等于5d0的圓形截面短比例試樣。l0lbh(a)(b)圖1-1試樣9第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)原理

低碳鋼（Q235鋼）的拉伸實(shí)驗(yàn)（圖解方法）將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭中，引伸計(jì)裝卡在試樣上，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)對試樣加載，試驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)繪制出載荷位移曲線（F-ΔL曲線），如圖1-2。觀察試樣的受力、變形直至破壞的全過程，可以看到低碳鋼拉伸過程中的四個(gè)階段（彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和局部變形階段）。

10第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

上屈服強(qiáng)度

下屈服強(qiáng)度

抗拉強(qiáng)度式中：A0為試樣原始橫截面面積。

11第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日測量斷后的標(biāo)距部分長度Lu和頸縮處最小直徑du，

按以下兩式計(jì)算其主要塑性指標(biāo)：

斷后伸長率

式中：L0為試樣原始標(biāo)距長度,工程上把δ>5%的材料稱為塑性材料，把δ<5%的材料稱為脆性材料

斷面收縮率

式中A0和AU分別是試樣原始橫截面積和斷后最小橫截面積

12第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日移位法測定斷后標(biāo)距長度

如果斷口到鄰近標(biāo)距端距離小于或等于L0/3，就需要用移位法測定斷后標(biāo)距長度，因?yàn)閿嗫诟浇l(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，近的一端的頸縮端就只有一部分在標(biāo)距長度內(nèi),如果直接測量，塑性伸長量就小。13第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)鑄鐵拉伸時(shí)沒有屈服階段，拉伸曲線微微彎曲，在變形很小的情況下即斷裂，斷口為平端口。因此對鑄鐵只能測得其抗拉強(qiáng)度，即鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于低碳鋼的抗拉強(qiáng)度

△LFFb0圖1-4鑄鐵拉伸14第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日五、實(shí)驗(yàn)步驟1．測量試樣尺寸直徑d0

在試樣標(biāo)距兩端和中間三個(gè)截面上測量直徑，每個(gè)截面在相互垂直方向各測量一次，取其平均值。用三個(gè)平均值中最小者計(jì)算橫截面面積，數(shù)據(jù)列表記錄。標(biāo)距長度L0

量取計(jì)算長度L0（取L0=5d0），在試樣兩端劃細(xì)線標(biāo)志，用刻線機(jī)將其劃分成10等分（或5等分）。2.開機(jī)打開電源開關(guān)；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入Windos操作系統(tǒng)；點(diǎn)擊試驗(yàn)機(jī)控制軟件，進(jìn)入試驗(yàn)機(jī)操作界面；按復(fù)位按扭使控制系統(tǒng)上電。15第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日

3.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

點(diǎn)擊“模式設(shè)置”選項(xiàng)，選擇試驗(yàn)?zāi)Ｊ?-拉伸實(shí)驗(yàn)。4.試驗(yàn)基本參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊“操作”按扭，進(jìn)入“試驗(yàn)基本參數(shù)”界面，選擇變形測量模式—引伸計(jì)。5.試驗(yàn)過程設(shè)置主要有：試樣基本參數(shù)設(shè)定；試驗(yàn)力檔位設(shè)定；變形調(diào)零；變形檔位設(shè)定；曲線參數(shù)設(shè)定等。詳細(xì)設(shè)置請參見“電子拉力試驗(yàn)機(jī)”。6．裝夾試樣，安裝引伸計(jì)上下夾頭均為斜鍥夾塊，將試樣的夾持部位放入V型槽中央。注意低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)須測定標(biāo)距范圍內(nèi)的變形，因此試樣上下夾持部位均須留出5-10mm，以便安裝引伸計(jì)。鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)則不用安裝引伸計(jì)。16第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日

7．測試

待一切準(zhǔn)備工作完成后，點(diǎn)擊“上行”按扭，開始拉伸實(shí)驗(yàn)。測試完畢保存實(shí)驗(yàn)文件。注意實(shí)驗(yàn)過程中觀察圖形和數(shù)據(jù)顯示窗口以及試樣破壞情況。特別提請注意的是，當(dāng)實(shí)驗(yàn)曲線出現(xiàn)水平線一定程度后，試樣開始進(jìn)入局部變形階段時(shí)，點(diǎn)擊“取引伸計(jì)”按扭，迅速取下引伸計(jì)，以免引伸計(jì)損傷。8．打印

點(diǎn)擊“報(bào)告打印”，輸出實(shí)驗(yàn)曲線。9．卸載并取出試樣

卸載并取出試樣，注意保護(hù)試樣斷口形貌。17第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日

10．測量斷后標(biāo)距L1和斷后頸縮處最小直徑d1

（僅對低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)）

測量時(shí)應(yīng)注意將低碳鋼試樣兩段的斷口緊密對接，若斷口到鄰近標(biāo)距端距離小于或等于L0/3時(shí)，則應(yīng)用移位法（亦稱為補(bǔ)償法）測定斷后標(biāo)距長度L1。測量頸縮處最小直徑du時(shí)，在最小處互相垂直的兩個(gè)方向測量直徑。注意應(yīng)用卡尺測量前端較窄的部位，以免由于弧線的影響而測量不到實(shí)際的最小值。11．關(guān)機(jī)注意清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，將相關(guān)儀器還原。18第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理

1．實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄參考表1-1和表1-2填寫

表1-1試樣原始尺寸數(shù)據(jù)記錄材料標(biāo)距L0/mm直徑do/mm橫截面面積A0/mm2IIIIII12平均12平均12平均低碳鋼鑄鐵∕19第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日表1-2試樣斷后尺寸斷后標(biāo)距Lu/mm斷后縮頸處最小直徑du/mm斷后最小橫截面積Au/mm212平均

2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

低碳鋼

據(jù)F-△L曲線（拉伸圖）確定上屈服力Fsu和下屈服力Fsl點(diǎn)的位置，并計(jì)算其大小，按公式1-1~1-3計(jì)算上屈服強(qiáng)度σsu、下屈服強(qiáng)度σsl和抗拉強(qiáng)度σb，按式1-4和1-5計(jì)算斷后伸長率δ和斷面收縮率ψ。20第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

鑄鐵

據(jù)試樣所承受的最大力值Fb，按式1-6計(jì)算抗拉強(qiáng)度σb。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1.包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)備名稱、型號(hào)，實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄（列表表示）與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，分析討論。2.畫出試樣斷裂后形狀示意圖（可畫在數(shù)據(jù)記錄和處理欄內(nèi)）。用移位法測定斷后收縮率的測量和計(jì)算過程應(yīng)圖示說明。3.試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪制的F-ΔL圖附于實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)。21第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日22第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日23第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖附1-2-6曲線顯示窗口的設(shè)置24第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日附圖1-2-7數(shù)據(jù)分析窗口25第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日26第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．測定低碳鋼（Q235）的壓縮屈服點(diǎn)σsc和鑄鐵的抗壓強(qiáng)度σbc。2．觀察、分析、比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。二、設(shè)備和儀器1．材料試驗(yàn)機(jī)。2．游標(biāo)卡尺。27第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、試樣一般細(xì)長桿壓縮時(shí)容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在金屬壓縮實(shí)驗(yàn)中常采用短粗圓柱形試樣。其公差、表面粗糙度、兩端面的平行度和對試樣軸線的垂直度在國標(biāo)GB/T7314-2005中均有明確規(guī)定。目前常用的壓縮實(shí)驗(yàn)方法是兩端平壓法。由于試樣兩端面不可能理想地平行，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用球形承墊（見圖1-5a），試樣應(yīng)置于球形承墊中心，藉球形承墊自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)軸向受載。由于試樣的上下兩端與試驗(yàn)機(jī)承墊之間會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力，它們阻礙著試樣上部及下部的橫向變形，導(dǎo)致測得的抗壓強(qiáng)度較實(shí)際偏高。當(dāng)試樣的高度相對增加時(shí)，摩擦力對試樣中部的影響就會(huì)相應(yīng)變小，因此抗壓強(qiáng)度與比值ho／do有關(guān)，同時(shí)考慮壓桿的穩(wěn)定性因素，為此國家標(biāo)準(zhǔn)對試樣高度ho與直徑do之比規(guī)定在1～3的范圍內(nèi)。本次實(shí)驗(yàn)采用φ10×15的圓柱形試樣。28第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)原理試驗(yàn)時(shí)對試樣緩慢加載，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪出壓縮圖（即試驗(yàn)力F—位移ΔL曲線）。低碳鋼試樣壓縮圖如圖1-5b所示。試樣開始變形時(shí)，服從胡克定律，呈直線上升，此后變形增長很快，材料屈服。此時(shí)載荷暫時(shí)保持恒定或稍有減小，這暫時(shí)的恒定值或減小的最小值即為壓縮屈服載荷FSC。有時(shí)屈服階段出現(xiàn)多個(gè)波峰波谷，則取第一個(gè)波谷之后的最低載荷為壓縮屈服載荷FSC。此后圖形呈曲線上升，隨著塑性變形的增長，試樣橫截面相應(yīng)增大，增大了的截面又能承受更大的載荷。試樣愈壓愈扁，甚至可以壓成薄餅形狀（如圖1-5a所示）而不破裂，因此測不出抗壓強(qiáng)度。

29第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日

鑄鐵試樣壓縮圖如圖1-6a所示，其開始時(shí)接近于直線，以后曲率逐漸增大，載荷達(dá)最大值Fbc后稍有下降，然后破裂，能聽到沉悶的破裂聲。鑄鐵試樣破裂后呈鼓形，破裂面與軸線大約成45°，如圖1-6b所示，這主要是由切應(yīng)力造成的。

30第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日五、實(shí)驗(yàn)步驟1．開機(jī)打開電源及油泵電機(jī)，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)及測試軟件。2．測量試樣尺寸用游標(biāo)卡尺在試樣高度中點(diǎn)處兩個(gè)相互垂直的方向上測量直徑，取其平均值。數(shù)據(jù)列表記錄。3．裝夾試樣，軟件參數(shù)調(diào)零。4．參量設(shè)置包括試驗(yàn)曲線類型選擇，試驗(yàn)力和變形窗口量程選擇。詳細(xì)參數(shù)設(shè)置請參見附1-3--微機(jī)控制液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)。

31第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日

5．測試

待一切準(zhǔn)備工作完成后，正式測試。測試完畢，保存實(shí)驗(yàn)文件，數(shù)據(jù)分析輸出，讀取低碳鋼壓縮屈服載荷FSC。在實(shí)驗(yàn)過程中注意觀察圖形和數(shù)據(jù)顯示窗口以及試樣破壞情況。6．卸載并取出試樣注意觀察試樣有何變化。7．關(guān)機(jī)注意清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，將相關(guān)儀器還原。32第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日材料直徑do/mm橫截面面積A0/mm2屈服載荷Fsc/KN最大載荷Fbc/KN12平均低碳鋼鑄鐵/六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1.參考表1-4記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。

表1-4實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄參考表33第三十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理據(jù)低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)所得到的屈服載荷Fsc計(jì)算低碳鋼的壓縮屈服點(diǎn)