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1、金属材料常规力学性能 综合测定实验 实验时间: 3小时 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。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：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。 实验原理低碳钢拉伸： 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
2、极限： （名义应力） 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 测量时，请注意断口移中的问题。 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： 铸铁的压缩只有强度极限：低碳钢扭转： 扭矩T和扭转角之间的关系曲线如下图 所示：它与拉伸图相似，曲线上的OA段 为直线，表示与T成正比，材料服从虎克定 律。T0TT=TSdTTTTTTST对于强度极限也可以推出 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：铸铁抗剪能力强，抗 拉能力差，
3、由于 ， 故沿着 方向成45 方向的螺旋线拉断。 T0实验步骤拉、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
4、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。 装好绘图仪： 选择合适的绘图比例，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。
5、 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
6、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.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8.51
7、21m。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。 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，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
8、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 ） 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： 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： 低碳钢扭转： 屈服极限：强度极限：铸铁 的扭转： 强度极限： 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。故在现实生活中，脆性材料都是 承受压力，而不承受拉力。
