常溫單軸拉伸實驗、壓縮實驗

實驗1常溫單軸拉伸實驗馬杭編寫單軸拉伸實驗是研究材料機械性能的最基本、應用最廣泛的實驗。由于試驗方法簡單而且易于得到較為可靠的試驗數據，在工程上和實驗室中都廣泛利用單軸拉伸實驗來測取材料的機械性能。多數工程材料拉伸曲線的特性介于低碳鋼和鑄鐵之間，但其強度和塑性指標的定義與測試方法基本相同，因此通過單軸拉伸實驗分析比較兩種材料的拉伸過程，測定其機械性能，在機械性能的試驗研究中具有典型的意義，掌握其拉伸和破壞過程的特點有助于正確合理地認識和選用材料，了解靜載條件下結構材料的許用應力的內涵。一、 實驗目的通過單軸拉伸實驗，觀察分析典型的塑性材料（低碳鋼）和脆性材料（鑄鐵）的拉伸過程，觀察斷口，比較其機械性能。測定材料的強度指標（屈服極限°s、強度極限。b）和塑性指標（延伸率6和面縮率W）。二、 實驗設備電子萬能材料試驗機WDW-100A（見附錄一）。計算機、打印機。游標卡尺。圖1-1圓棒拉伸試樣簡圖三、試樣材料性能的測試是通過試樣進行的，試樣制備是試驗的重要環(huán)節(jié)，國家標準GB6397-86對此有詳細的規(guī)定。本試驗采用圓棒試樣，如圖1-1所示。試樣的工作部分（即均勻部分，其長度為1C）應保持均勻光滑以確保材料的單向應力狀態(tài)。均勻部分的有效工作長度10稱為標距，d0和A0分別為工作部分的直徑和面積。試樣的過渡部分應有適當的圓角以降低應力集中，兩端的夾持部分用以傳遞載荷，其形狀與尺寸應與試驗機的鉗口相匹配。材料性能的測試結果與試樣的形狀、尺寸有關，為了比較不同材料的性能，特別是為了使得采用不同的實驗設備、在不同的實驗場所測試的試驗數據具有可比性，試樣的形狀與尺寸應符合國家標準（GB6397-86）。例如，由于頸縮局部及其影響區(qū)的塑性變形在斷后延伸率中占很大比重，同種材料的延伸率不僅取決于材質，而且還取決于試樣標距。按國家標準規(guī)定，材料延伸率的測試應優(yōu)先采用兩類比例試樣：（1）長試樣：‘0=10《（圓形截面試樣），或10=11-^'A0（矩形截面試樣）（2）短試樣：七=5do（圓形截面試樣），或10=5.65偵A0（矩形截面試樣）用長試樣和短試樣測得的斷后延伸率分別記做&io和55，國家標準推薦使用短比例試樣。四、 實驗原理單軸拉伸實驗在電子萬能材料試驗機上進行。在試驗過程中，試驗機上的載荷傳感器和位移傳感器分別將感受到的載荷與位移信號轉變成電信號送入EDC控制器，信號經過放大和模數轉換后送入計算機，并將處理過的數據同步地顯示在屏幕上，形成載荷一位移曲線（即P一△/曲線），試驗數據可以存儲和打印。在實驗前，應進行載荷傳感器和位移傳感器的標定（校準）。根據P一△/曲線和試樣參數，計算材料的各項機械性能指標。根據性能指標、P一△/曲線特征并結合斷口形貌，分析、評價材料的機械性能。試驗機操作軟件的使用可參見附錄一。五、 試驗步驟原始尺寸測量：（1）確定標距10。（2）測量直徑d0:在標距中央及兩條標距線附近各取一截面進行測量，每截面沿互相垂直方向各測一次取平均值，d0采用三個截面中的平均值的最小值。初始條件設定：如圖1-2,（1）首先進行載荷與位移清零，用鼠標點擊載荷與位移（綠色）顯示區(qū)右上方的0.0按紐，使兩者的顯示值均為零。（2）點擊左上方“曲線參數”，根據材料的強度與塑性，選擇合適的顯示量程。圖二右下方為載荷一位移曲線的顯示區(qū)，其X軸為橫梁位移（mm），Y軸為載荷（kN）。（3）點擊左上方“試樣信息”，輸入試樣參數。試樣裝夾：（1）選擇“手動操作”，設定較快的橫梁移動速度（20mm/min或50mm/min），點擊“上升”或“下降”使橫梁移動并觀察。當橫梁到達合適的位置時，點擊“停止”使橫梁停止移動。（2）將試樣的夾持端插入上楔形夾頭并旋緊，點擊“下降”使試樣的另一端插入下楔形夾頭，下降時注意對中以免產生碰撞，停機后旋緊下夾頭。注意，試樣裝夾之后不再進行載荷清零。圖1-2拉伸試驗的計算機界面加載試驗：（1）選擇“手動操作”，設定試驗速度，建議低碳鋼試樣設為5mm/min，鑄鐵試樣設為1-2mm/min。（2）點擊“上升”開始拉伸試驗，注意觀察試樣、曲線顯示區(qū)的曲線以及載荷與位移顯示值的變化。（3）低碳鋼試樣將依次出現(xiàn)變形的四個階段。當載荷從最大值開始下降時可以看到試樣的頸縮區(qū)，如果試樣表面光滑、材料雜質含量少，可以清楚地看到表面45°方向的滑移線。試樣斷裂后試驗機自動停止加載。試驗結束前的重要工作：（1）打印記錄曲線，開啟打印機電源后，依次點擊右上角“分析”（彈出新界面）、“打印”。點擊右上角“保存”，可以將本次試驗的信息以文本文件的形式保存起來，文件名的后綴為".dat”。（2）取下試樣，對攏已破壞的試樣，測量有關數據，觀察斷口形貌。六、試驗結果整理強度指標計算：（1）屈服極限。s=Ps1A0 （MPa）（2）強度極限氣=Pb/Ao （MPa）屈服載荷Ps取屈服平臺的下限值。Pb取P—也曲線上的最大載荷（參見圖三）。脆性材料不存在屈服階段，所以只需計算。人。塑性指標計算：5=LLx100%（1）延伸率 10V=“0—"1x10%（2）面縮率 “°繪制尸-也曲線：將載荷一位移記錄曲線繪制在坐標紙上，標注坐標的刻度，標明變形的各個階段，標出曲線上的特殊點（例如下屈服點，等等）。畫出斷口形貌草圖，根據試驗結果，對兩種材料的性能進行分析比較，完成試驗報告。七、預習與思考認真預習實驗指導書，明確實驗目的和方法，明了試驗中應當注意觀察的現(xiàn)象。本試驗的P-也曲線上的變形量與試樣上的變形量是否相同？如果要利用P—也曲線來近似確定試樣的斷后延伸率，應怎樣做？為什麼要采用比例試樣？同一材料的510和55有何關系?八、兩種典型材料的P-也曲線低碳鋼具有良好的塑性，從圖1-3可以看出，低碳鋼的P-也曲線明顯地分為四個階段：（1）彈性階段（OA）：試樣的變形是彈性的，若在彈性階段卸載，試樣恢復原來的尺寸，幾乎不存在殘余變形。材料在彈性范圍內服從Hooke定律，其載荷一伸長、應力一應變成正比。（2）屈服階段（AB）：標志著宏觀塑性變形的開始，材料暫時喪失抵抗繼續(xù)變形的能力。在屈服階段，載荷（應力）往往出現(xiàn)鋸齒狀波動，載荷開始下降所對應的應力稱為上屈服點，其數值受材料狀態(tài)和試驗條件多種因素的影響，而屈服階段應力的最低值一下屈服點的數值則比較穩(wěn)定，所以通常用下屈服點作為材料的屈服極限。s。結構、零件的應力一旦超過屈服極限，就會因為變形過量而失效。從屈服階段開始，材料的變形包含彈性與塑性兩部分。（3） 強化階段（BC）：亦稱均勻變形階段，材料恢復了對繼續(xù)變形的抵抗能力，載荷隨著變形而持續(xù)上升。如果在該階段卸載，試驗機和試樣組成的系統(tǒng)的彈性變形隨之消失，試樣的塑性變形將永遠保留下來，卸載路徑與彈性階段平行。如果卸載后再次加載，加載路徑近似與卸載路徑重合，載荷到達原卸載點時將重新進入屈服并產生塑性變形，材料表現(xiàn)出強度上升、塑性下降的現(xiàn)象，稱作形變強化（或冷作硬化、加工硬化）。形變強化是金屬材料的寶貴品質，是材料強化的重要手段。（4） 頸縮階段（CD）：亦稱局部變形階段。這時，材料形變強化對載荷增加的貢獻已經不

能抵償試樣截面積減小對載荷的削弱作用，載荷下降，塑性變形在局部進行，承載面積迅速減小，直到斷裂。斷裂后試樣的彈性變形消失，塑性變形則保留在斷裂的試樣上。鑄鐵低碳鋼鑄鐵圖1-3低碳鋼與鑄鐵的P—△/曲線鑄鐵是典型的脆性材料，拉伸過程比較簡單，不存在低碳鋼那樣的四個階段，可以近似認為經彈性階段直接過渡到斷裂，斷裂后的延伸率極小，因此這類材料若使用不當，容易發(fā)生事故。實驗2單軸壓縮實驗李享榮編寫一、 實驗目的觀察并比較低碳鋼和鑄鐵在壓縮時的變形和破壞現(xiàn)象。測定低碳鋼的屈服極限。s和鑄鐵的強度極限氣。二、 實驗原理低碳鋼：一般取圓柱形試件，尺寸為1<h/d<3,在屈服以前，其應力■應變關系基本上與拉伸時相同，隨后橫截面逐漸增大，試件最后壓成餅形而不破裂（圖2-1），故只能測出Fs，b由s=FsM0于是得出材料受壓時的屈服極限，而得不出受壓時的強度極限。鑄鐵：鑄鐵壓縮一般也取圓柱形試件，其尺寸與低碳鋼一樣，試件受力直至破壞（圖2-2），破壞斷面與試樣軸線約成35o—45o,測出破壞時的載荷Fb，由。廣F/A0得到鑄鐵的強度極限氣。

圖2-1低碳鋼壓縮圖2-2圖2-1低碳鋼壓縮圖2-2鑄鐵壓縮圖2-3低碳鋼壓縮F一也圖圖2-4鑄鐵壓縮的F一也圖三、 實驗設備WE300型萬能試驗機（見附錄二）。游標卡尺。四、 實驗方法及步驟校正測力盤零點（詳見