金属材料常规力学性能相关实验

拉能力差，由于
， 1
0
φ
故沿着 方向成45°
方向的螺旋线拉断。
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。
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 上午9时 54分20 .10.210 9:54Oc tober 21, 2020
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月21 日星期 三9时54 分29秒 09:54:2 921 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午9时54 分29秒 上午9 时54分0 9:54:29 20.10.2 1
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.ＷＥ－１０Ａ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：
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10. 2120.1 0.2109:5409:54 :2909:5 4:29Oc t-20
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月21日 星期三9 时54分 29秒W ednesd ay , October 21, 2020
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。 ②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。
③ 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 。
2.将试样放在金属拉伸试样标距仪上打标记每１０mm 打一个标记，共打１１个标记。
3.选择测力范围：
ＷＥ－１０Ａ万能材料试验机共有１００ＫＮ、５０ ＫＮ、２０ＫN三个读盘。根据附录Ⅱ查得低碳钢（ Ｑ２３５Ａ级）的强度极限为３７５~４６０ＭＰa、 灰口铸铁的压缩强度极限为６４０~１３００ＭＰa。 试样横截面面积约为７８.５mm２由 Fb b A0 ，可估 算出拉伸试验最大载荷在３０ＫＮ~３５ＫＮ之间； 压缩试验最大载荷在５０ＫＮ~１００ＫＮ之间。因 此，做拉伸试验时选择５０ＫＮ的读数盘，做压缩试 验时选择１００ＫＮ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。
抵抗能力 材
拉压剪 料
伸缩切
破坏应力
破坏形状
拉伸 压缩 剪切 拉伸 压缩 剪切
低
边缘剪应
剪应 杯锥
平断
碳 大 大 小 力，中间三 /
鼓形
力状
口
钢
向拉应力。
铸 小大中
铁
拉应力
45° 剪应 拉应 平断 45°
螺旋 力 力 口 斜面
面
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2120 .10.21 Wednes day , October 21, 2020
T
Ｃ Ｂ Ａ
0
φ
T
T
T
T≤Tρ
Tρ<T<TS
ρ dρ T=TS
Ts
d 2
0
2d s
d 3
12
s
s
Ts
d 3
3 Ts 4 W
12
对于强度极限也可以推出
b
3 Tb 4 W
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：
b
Tb W
T
铸铁抗剪能力强，抗
bL
FbL A0
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： sc
Fsc A0
铸铁的压缩：
铸铁的压缩只有强度极限：
bc
Fbc A0
低碳钢扭转： 扭矩T和扭转角φ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φ与T成正比，材料服从虎克定 律。
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 9:54:29 09:54:2 909:54 10/21/2 020 9:54:29 AM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2109 :54:290 9:54Oc t-2021- Oct-20
④ 铸铁的压缩断口与轴线大约成４５°~ ５５°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。
Ｌ１和d１的测定： 把两节试样对接好后，量取其长度与直径。
扭转实验步骤
１．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。
４．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：
①先开动油泵电动机，打开送油阀Baidu Nhomakorabea将活 动平台上升起少许，然后关闭油阀。
②转动摆杆上的平衡铊，使摆杆保持铅垂 位置。
③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。
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SC
FSC A0
bC
FbC A0
低碳钢扭转： 屈服极限： 强度极限：
铸铁的扭转： 强度极限：
3 TS
4 WT 3 Tb
4 WT
Tb
WT
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。
5.调节测量转速装置指零点。
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 。
①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。
②铸铁的扭转破坏断口为沿其４５°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４５°方向被拉断。 它是由拉应力引起的破坏。
强度极限：
FsL
A0 FbL
A0
（名义应力） （名义应力）
塑性指标有：
断面延伸率： L1 L0 100% L0
断面收缩率： A0 A1 100% A0 5% 为塑性材料
5% 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：
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21 日上午9 时54分 20.10.2 120.10. 21
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月21 日星期 三上午9 时54分 29秒09 :54:292 0.10.21
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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。
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ＦＳ和极限荷载Ｆb。
试验结束后，取下试样，观察断口形状。 ①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４５°
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相信相信得力量。20.10.212020年10月 21日星 期三9 时54分2 9秒20. 10.21
谢谢大家！
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2120.1 0.2109:54:2909 :54:29 October 21, 2020
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２.选择测力范围:
ＮＪ－１００型扭转试验机共有１０００Ｎm 、５００Ｎm、２００Ｎm、１００Ｎm四个读 数盘。由实验原理的单元体可知，在４５°方 向上的拉应力最大。且1 3 ，在书上查 不到最大剪应力，就查最大拉应力即可。根据 附录Ⅱ查得低碳钢（Ｑ２３５Ａ级）的强度极 限为375—４６０ＭＰa。试样的抗扭截面模量 为扭１ 转９ 试６ 验.最９大４载m荷m３为。９由T8.534—WT121Ｎ，m。可考估虑算到出 试样材料的不均匀性，选择２００Ｎm的读数 盘，并把量程选择手轮转到２００Ｎm上。
３．装好自动绘图器的笔和纸，打开绘图器。
４．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。
结果整理（按表３－５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：
SL
FSL A0
bL
FbL A0
L1 L0 100% L0
A0 A1 100% A0
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：
bL
FbL A0
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 s 、 b 、 、 ；铸铁的 b ; 测定压缩时铸铁的 b 和低碳钢的 s 。 2.测定扭转时低碳钢的 S、 b ;测定扭转时铸铁的 b
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。