1低碳钢和铸铁拉伸压缩实验报告摘要：材料的力学性能也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现的变形、破坏等方面的特性它是由试验来测定的工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能关键字：低碳钢 铸铁 拉伸压缩实验 破坏机理 一．拉伸实验1.低碳钢拉伸实验 △ △拉伸实验试件 低碳钢拉伸图在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能： abcefPbgfhsodd2低碳钢拉伸应力-应变曲线（1）弹性阶段（Ob 段）在拉伸的初始阶段，σ-ε 曲线（Oa 段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段线性段的最高点则称为材料的比例极限（σ p），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量 E线性阶段后，σ-ε 曲线不为直线（ab 段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σ e），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。
2）屈服阶段（bc 段）超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σ s）当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成 45°斜纹这是由于试件的 45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线3）强化阶段（ce 段）经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如 d-d＇斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（σ b），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷 Fb。
4）局部变形阶段（ef 段）试样拉伸达到强度极限 σ b之前，在标距范围内的变形是均匀的当应力增大至强度极限 σ b之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在 f 点断裂试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力5）伸长率和断面收缩率试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的 L 变为 L1用百分比表示的比值δ=（L1-L）/L*100%称为伸长率试样的塑性变形越大，δ 也越大因此，伸长率是衡量材料塑性的指标原始横截面面积为 A 的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为 A1，用3百分比表示的 比值Ψ=（A-A1）/A*100%称为断面收缩率Ψ 也是衡量材料塑性的指标 所以，低碳钢拉伸破坏变形很大，断口缩颈后，端口有 45 度茬口，由于该方向上存在最大剪应力 τ 造成的，属于剪切破坏力2.铸铁拉伸实验铸铁是含碳量大于 2.11%并含有较多硅,锰,硫,磷等元素的多元铁基合金铸铁具有许多优良的性能及生产简便，成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一铸铁在拉伸时的力学性能明显不同于低碳钢，铸铁从开始受力直至断裂，变形始终很小，既不存在屈服阶段，也无颈缩现象。
断口垂直于试样轴线，这说明引起试样破坏的原因是最大拉应力图 3l"fgh＇ i1断口移中图铸铁拉伸应力-应变曲线铸铁拉伸破坏断口与正应力方向垂直说明由拉应力拉断的，属于拉伸破坏，正应力大于了许用值铸铁拉伸二．压缩实验1 低碳钢压缩实验低碳钢试样压缩时同样存在弹性极限、比例极限、屈服极限而且数值和拉伸所得的相应数值差不多，但是在屈服时却不象拉伸那样明显，需细心观察，材料在发生屈服时对应的载荷为屈服负荷 FS随着缓慢均匀加载,低碳钢受压变形增大而不破裂，愈压愈扁横截面增大时，其实际应力不随外载荷增加而增加，故不可能得到抗压负荷 Fb，因此也得不到强度极限 σ b，所以在实验中是以变形来控制加载的4低碳钢的压缩图（即 σ-ε 曲线），超过屈服之后，低碳钢试样由原来的圆柱形逐渐被压成鼓形继续不断加压，试样将愈压愈扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也不断增大，故总不被破坏所以，低碳钢不具有抗压强度极限（也可将它的抗压强度极限理解为无限大），低碳钢的压缩曲线也可证实这一点灰铸铁在拉伸时是属于塑性很差的一种脆性材料，但在受压时，试件在达到最大载荷 Pb前将会产生较大的塑性变形，最后被压成鼓形而断裂。
低碳钢压缩曲线图 2-9 低碳钢压缩破坏图 图 2-10 铸铁压缩破坏图弹性模量、比例极限和屈服极限与拉伸时基本相同屈服阶段后，试样越压越扁，所以没有压缩，呈腰鼓形塑性变形，由此可见，韧性材料的抗剪切强度小于抗拉伸强度52.铸铁压缩实验灰铸铁试样的断裂有两特点：一是断口为斜断口，如图 2—10 所示二是按 Pb/A0求得的 σ b远比拉伸时为高，大致是拉伸的 3—4 倍为什么象铸铁这种脆性材料的抗拉与抗压能力相差这么大呢？这主要与材料本身情况（内因）和受力状态（外因）有关铸铁试件压缩时，在达到抗压负荷 Fb 前出现较明显的变形然后破裂，铸铁试件最后会略呈鼓形，断口的方位角约为 55°~60°，断裂面与试件轴线大约呈 45o铸铁压缩后沿斜截面断裂，其主要原因是由剪应力引起的假使测量铸铁受压试样斜断口倾角 α，则可发现它略大于 45o而不是最大剪应力所在截面，这是因为试样两端存在摩擦力造成的铸铁压缩曲线铸铁压缩实验，应力和应变之间无明显的直线阶段和屈服阶段，但是有塑性变形，断口约为螺旋 45 度方向，抗压时的强度极限约为强度极限的 4 到 5 倍弹性模量通常以某一应力的割线来度量。
所以铸铁压缩时主要是剪切破坏，受到最大剪切力，由此可见脆性材料的抗剪切强度大于抗拉伸强度参考文献：[1]刘鸿文 材料力学Ⅰ(第五版） 高等教育出版社 [2]汤安民，刘泽明 灰铸铁拉伸与扭转破坏试验的强度条件分析[A] 西安理工大学学报6[3]侯德门 材料力学实验 西安交通大学出版社[4]曹睿 铸铁断裂机理原位拉伸研究 [A]甘肃工业大学学报。