实验一:
低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验
一、实验目的
1.试样在拉伸或压缩实验过程中,观察试样受力和变形两者间的相互关系,并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 2.测定该试样所代表材料的σs、σb、ψ、δ等值。
3.对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较,对其强度指标和塑性指标进行比较。
4.学习、掌握微机控制电液伺服万能试验机的使用方法及其工作原理。 二、仪器设备和量具
微机控制电液伺服万能试验机,材料试验机,数显压力实验机,游标卡尺。 三、低碳钢的拉伸和压缩实验 1.低碳钢的拉伸实验
在拉伸实验前,测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中,观察屈服(流动)、强化、颈缩、断裂等现象;绘制p——ΔL曲线如图2—1(a)所示;记录试件的屈服抗力Ps和最大抗力Pb。试件断裂后,测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据,计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。
图2—1 低碳钢拉伸图及压缩图
强度指标:
Psπd2
,其中A= 屈服极限 σs= A4
强度极限 σb= 塑性指标:
延伸率 δ= 断面收缩率 ψ= 2.低碳钢的压缩实验
Pb
A
L1-L
⨯100% L
d2-d12
d
2
⨯100%
实验前,测量试件的直径d和高度h。实验时,观察低碳钢试件压缩过程中的现象,绘出P—ΔL曲线,测定试件屈服时的抗力Ps,从而计算出低碳钢的屈服极限:
σs=
四、灰口铸铁的压缩实验
Ps
A
实验前测定试件的直径d和高度h。实验时观察灰口铸铁试件在压缩过程中的现象,尤其是断口形状;绘出P——ΔL曲线如图2—2(b)所示;记录压缩破坏时的最大抗力Pb,计算灰口铸铁压缩强度极限。即
Pσ
b=b
A
图2—2 灰口铸铁压缩图
五、实验操作 1.准备工作
(1)打开试验机总电源,打开电脑。
(2)测量拉伸试样的标距长度L和直径d,测量低碳钢压缩试样的长度H和直径d,作好原始数据的记录。 2.安装试件
将试件夹持于材料试验机的上夹头中,为了夹持方便可用向下或向上运行调节下夹头的位置,使下拉伸夹头能夹住试件时立即停机。
将横梁速度转到2mm/min挡,然后把试件夹持于下夹头中(此时试件可能已受到了夹紧过程中少量的轴力,故不要再调整仪器荷载的零点)。
3.打开液压泵和控制器电源,运行测试软件,新建实验数据。
4.对显示数据清零,点击“实验”,打开控制单元,选择“速度控制”,控制速度以5mm/min为宜(在2~10 mm/min速度范围内可任意选择),开始实验。 5.加载试验
注意观察实验过程中的试件变形情况和“力-位移”曲线的变化情况。 在此实验中注意弹性范围和屈服现象,记下屈服时的荷载。屈服段之后,可提高加载速度,按下5mm/min键或按下10mm/min。注意观察材料的强化和颈缩现象,记录荷载极限值。 6.仪器复原
实验完后要使仪器复原,关闭实验机控制器,关闭油泵电源,关闭测试软件,整个实验结束后关闭总电源。
7.普通材料实验机操作步骤
(1)测量试件原始尺寸(直径和标距) (2)安装试件,贴记录纸,安装记录笔 (3)刻度盘调零,加载(静载) (4)记录屈服时的拉力(F1)
(5)继续加载,直至出现明显的局部变形后断裂,记录最大拉力(F2) (6)拆下试件和记录纸,测量断裂后最小截面尺寸和断后标距 8.低碳钢压缩实验
其操作步骤与拉伸时基本相同,不同之处有:
(1)试件放于下压头的中心处,转动上压头手轮,使上压头逐渐接近试样。但不能接触试样。
(2)输入原始数据(直径),关闭回油阀,按下“试验”按钮,清零。 (3)按“启动”按钮,缓慢打来进油阀(注意控制加载速率),使上压头接触试样,控制进油阀开度,使加荷速率控制在8N/s以内。
(4)试样不会断裂,当压力达到500左右,即可停止实验,记录最大压力。 (5)打开回油阀,取出试件,关闭试验机电源。 9.铸铁压缩实验
操作步骤与低碳钢压缩相同,不同的是试件破断后停机。 六、预习思考题
1.低碳钢试样拉伸断裂时的载荷比最大载荷Pb小,按公式σ=P/A0计算,断裂时的应力比σb小,为什么应力减小后反而断裂。
2.压缩时为什么必须将试件对准试验机压头的中心位置,如没有对中会产生什么影响?
3.说明压缩过程中铸铁和低碳钢变形特点和破坏情况。
实验二
一、试验目的
1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs。和剪切强度极限近似值τb。 2、测定铸铁的剪切强度极限τb。
3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。
二、设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺
三、试验原理 1、低碳钢试样
对试样缓慢加载,试验机的绘图装置自动绘制出T-φ曲线(见图1)。最初材料处于
扭转试验
图1 低碳钢是扭转试验
弹性状态,截面上应力线性分布,T-φ图直线上升。到A点,试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs。以后,由屈服产生的塑性区不断向中心扩展,T-φ图
呈曲线上升。至B点,曲线趋于平坦,这时载荷度盘指针停止不动或摆动。这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩Ts。再以后材料强化,T-φ图上升,至C点试样断裂。在试验全过程中,试样直径不变。断口是横截面(见图2a),这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力,而横截面上剪应力最大之故。
图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状
据屈服扭矩 τs=
3Ts
(2-1) 4Wp
按式2-1可计算出剪切屈服极限τs。 据最大扭矩Tb可得:τb=
3Tb
(2-2) 4Wp
按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb。
说明:(1)公式(2-1)是假定横截面上剪应力均达到τs后推导出来的。公式(2-2)形式上与公式(2-1)虽然完全相同,但它是将由塑性理论推导出的Nadai公式略去了一项后得到的,而略去的这一项不一定是高阶小量,所以是近似的。 (2)国标GB10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算,这样得到的结果可以
用来比较不同材料的扭转性能,但与实际应力不符。
II、铸铁试样
铸铁的曲线如图3所示。呈曲线形状,变形很小就突然破裂,有爆裂声。断裂面粗糙,是与轴线约成45°角的螺旋面(见图1-3-2b)。这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力,而这面上拉应力最大之故。据断裂前的最大扭矩Tb按弹性扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τb。
图3 铸铁扭转曲线图
四、试验步骤 1、测量试样尺寸
以最小横截面直径计算截面系数(抗扭截面模量)Wp。 2、试验机准备
刻度盘指针调零指针调零,安装绘图记录纸,安装记录笔。 3、安装试样,用粉笔在试样上画一母线,用以观察试样变形情况。 4、测试
对低碳钢试样,起先缓慢加载,注意观察绘图和载荷指针转动情况。待记录下屈服扭矩Ts后改用快速加载,直至断裂记录下最大扭矩Ts。
对铸铁试样,慢速加载,注意观察绘图、载荷指针转动和试样变形情况直到试样断裂,记录下最大扭矩Tb。
5、取下试样,观察并分析断口形貌和形成原因。
6、试验机回复原状,清理现场。 五、思考题
1、根据低碳钢和铸铁试样扭转破坏的情况分析破坏原因。 2、铸铁扭转破坏断裂面为何是45°螺旋面?
实验一:
低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验
一、实验目的
1.试样在拉伸或压缩实验过程中,观察试样受力和变形两者间的相互关系,并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 2.测定该试样所代表材料的σs、σb、ψ、δ等值。
3.对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较,对其强度指标和塑性指标进行比较。
4.学习、掌握微机控制电液伺服万能试验机的使用方法及其工作原理。 二、仪器设备和量具
微机控制电液伺服万能试验机,材料试验机,数显压力实验机,游标卡尺。 三、低碳钢的拉伸和压缩实验 1.低碳钢的拉伸实验
在拉伸实验前,测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中,观察屈服(流动)、强化、颈缩、断裂等现象;绘制p——ΔL曲线如图2—1(a)所示;记录试件的屈服抗力Ps和最大抗力Pb。试件断裂后,测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据,计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。
图2—1 低碳钢拉伸图及压缩图
强度指标:
Psπd2
,其中A= 屈服极限 σs= A4
强度极限 σb= 塑性指标:
延伸率 δ= 断面收缩率 ψ= 2.低碳钢的压缩实验
Pb
A
L1-L
⨯100% L
d2-d12
d
2
⨯100%
实验前,测量试件的直径d和高度h。实验时,观察低碳钢试件压缩过程中的现象,绘出P—ΔL曲线,测定试件屈服时的抗力Ps,从而计算出低碳钢的屈服极限:
σs=
四、灰口铸铁的压缩实验
Ps
A
实验前测定试件的直径d和高度h。实验时观察灰口铸铁试件在压缩过程中的现象,尤其是断口形状;绘出P——ΔL曲线如图2—2(b)所示;记录压缩破坏时的最大抗力Pb,计算灰口铸铁压缩强度极限。即
Pσ
b=b
A
图2—2 灰口铸铁压缩图
五、实验操作 1.准备工作
(1)打开试验机总电源,打开电脑。
(2)测量拉伸试样的标距长度L和直径d,测量低碳钢压缩试样的长度H和直径d,作好原始数据的记录。 2.安装试件
将试件夹持于材料试验机的上夹头中,为了夹持方便可用向下或向上运行调节下夹头的位置,使下拉伸夹头能夹住试件时立即停机。
将横梁速度转到2mm/min挡,然后把试件夹持于下夹头中(此时试件可能已受到了夹紧过程中少量的轴力,故不要再调整仪器荷载的零点)。
3.打开液压泵和控制器电源,运行测试软件,新建实验数据。
4.对显示数据清零,点击“实验”,打开控制单元,选择“速度控制”,控制速度以5mm/min为宜(在2~10 mm/min速度范围内可任意选择),开始实验。 5.加载试验
注意观察实验过程中的试件变形情况和“力-位移”曲线的变化情况。 在此实验中注意弹性范围和屈服现象,记下屈服时的荷载。屈服段之后,可提高加载速度,按下5mm/min键或按下10mm/min。注意观察材料的强化和颈缩现象,记录荷载极限值。 6.仪器复原
实验完后要使仪器复原,关闭实验机控制器,关闭油泵电源,关闭测试软件,整个实验结束后关闭总电源。
7.普通材料实验机操作步骤
(1)测量试件原始尺寸(直径和标距) (2)安装试件,贴记录纸,安装记录笔 (3)刻度盘调零,加载(静载) (4)记录屈服时的拉力(F1)
(5)继续加载,直至出现明显的局部变形后断裂,记录最大拉力(F2) (6)拆下试件和记录纸,测量断裂后最小截面尺寸和断后标距 8.低碳钢压缩实验
其操作步骤与拉伸时基本相同,不同之处有:
(1)试件放于下压头的中心处,转动上压头手轮,使上压头逐渐接近试样。但不能接触试样。
(2)输入原始数据(直径),关闭回油阀,按下“试验”按钮,清零。 (3)按“启动”按钮,缓慢打来进油阀(注意控制加载速率),使上压头接触试样,控制进油阀开度,使加荷速率控制在8N/s以内。
(4)试样不会断裂,当压力达到500左右,即可停止实验,记录最大压力。 (5)打开回油阀,取出试件,关闭试验机电源。 9.铸铁压缩实验
操作步骤与低碳钢压缩相同,不同的是试件破断后停机。 六、预习思考题
1.低碳钢试样拉伸断裂时的载荷比最大载荷Pb小,按公式σ=P/A0计算,断裂时的应力比σb小,为什么应力减小后反而断裂。
2.压缩时为什么必须将试件对准试验机压头的中心位置,如没有对中会产生什么影响?
3.说明压缩过程中铸铁和低碳钢变形特点和破坏情况。
实验二
一、试验目的
1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs。和剪切强度极限近似值τb。 2、测定铸铁的剪切强度极限τb。
3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。
二、设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺
三、试验原理 1、低碳钢试样
对试样缓慢加载,试验机的绘图装置自动绘制出T-φ曲线(见图1)。最初材料处于
扭转试验
图1 低碳钢是扭转试验
弹性状态,截面上应力线性分布,T-φ图直线上升。到A点,试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs。以后,由屈服产生的塑性区不断向中心扩展,T-φ图
呈曲线上升。至B点,曲线趋于平坦,这时载荷度盘指针停止不动或摆动。这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩Ts。再以后材料强化,T-φ图上升,至C点试样断裂。在试验全过程中,试样直径不变。断口是横截面(见图2a),这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力,而横截面上剪应力最大之故。
图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状
据屈服扭矩 τs=
3Ts
(2-1) 4Wp
按式2-1可计算出剪切屈服极限τs。 据最大扭矩Tb可得:τb=
3Tb
(2-2) 4Wp
按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb。
说明:(1)公式(2-1)是假定横截面上剪应力均达到τs后推导出来的。公式(2-2)形式上与公式(2-1)虽然完全相同,但它是将由塑性理论推导出的Nadai公式略去了一项后得到的,而略去的这一项不一定是高阶小量,所以是近似的。 (2)国标GB10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算,这样得到的结果可以
用来比较不同材料的扭转性能,但与实际应力不符。
II、铸铁试样
铸铁的曲线如图3所示。呈曲线形状,变形很小就突然破裂,有爆裂声。断裂面粗糙,是与轴线约成45°角的螺旋面(见图1-3-2b)。这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力,而这面上拉应力最大之故。据断裂前的最大扭矩Tb按弹性扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τb。
图3 铸铁扭转曲线图
四、试验步骤 1、测量试样尺寸
以最小横截面直径计算截面系数(抗扭截面模量)Wp。 2、试验机准备
刻度盘指针调零指针调零,安装绘图记录纸,安装记录笔。 3、安装试样,用粉笔在试样上画一母线,用以观察试样变形情况。 4、测试
对低碳钢试样,起先缓慢加载,注意观察绘图和载荷指针转动情况。待记录下屈服扭矩Ts后改用快速加载,直至断裂记录下最大扭矩Ts。
对铸铁试样,慢速加载,注意观察绘图、载荷指针转动和试样变形情况直到试样断裂,记录下最大扭矩Tb。
5、取下试样,观察并分析断口形貌和形成原因。
6、试验机回复原状,清理现场。 五、思考题
1、根据低碳钢和铸铁试样扭转破坏的情况分析破坏原因。 2、铸铁扭转破坏断裂面为何是45°螺旋面?