工程力学实验低碳钢和铸铁的拉压实验_4
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移位法测定断后标距长度
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铸铁的拉伸实验
F · 铸铁拉伸时没有屈服阶段，拉
伸曲线微微弯曲，在变形很小
的情况下即断裂，断口为平端 Fb
口。因此对铸铁只能测得其抗 拉强度，即
· 铸铁的抗拉强度远低于低碳 钢的抗拉强度
0
△L
图1-4铸铁拉伸
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· 2. 开机
打开电源开关；启动计算机进入Windos操作系统；点击试验机控制软件，进入 试验机操作界面；按复位按扭使控制系统上电。
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· 3. 系统参数设置 点击“模式设置”选项，选择试验模式--拉伸实验。
· 4. 试验基本参数设置 点击“操作”按扭，进入“试验基本参数”界面，选择变形测
定在1～3的范围内。本次实验采用φ10×15的圆柱形试样。
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四、实验原理
· 试验时对试样缓慢加载，试验机自动绘出压缩图
（即试验力F—位移ΔL曲线）。低碳钢试样压缩图
如图1-5b所示。试样开始变形时，服从胡克定律， 呈直线上升，此后变形增长很快，材料屈服。此 时载荷暂时保持恒定或稍有减小，这暂时的恒定 值或减小的最小值即为压缩屈服载荷FSC。有时 屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后 的最低载荷为压缩屈服载荷FSC。此后图形呈曲线 上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相应增 大，增大了的截面又能承受更大的载荷。试样愈 压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图1-5a所示） 而不破裂，因此测不出抗压强度。
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· 铸铁试样压缩图如图16a所示，其开始时接近 于直线，以后曲率逐渐 增大，载荷达最大值Fbc 后稍有下降，然后破裂， 能听到沉闷的破裂声。
· 铸铁试样破裂后呈鼓形， 破裂面与轴线大约成 45°，如图1-6b所示， 这主要是由切应力造成 的。
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· 8．打印 点击“报告打印”，输出实验曲线。 · 9．卸载并取出试样
卸载并取出试样，注意保护试样断口形貌。
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· 10．测量断后标距L1和断后颈缩处最小直径d1
（仅对低碳钢拉伸实验） 测量时应注意将低碳钢试样两段的断口紧密对接，若断
口到邻近标距端距离小于或等于L0/3时，则应用移位法 （亦称为补偿法）测定断后标距长度L1。测量颈缩处最
· 目前常用的压缩实验方法是两端平压法。由于试样两端面不可能理想地 平行，实验时必须使用球形承垫（见图1-5a），试样应置于球形承垫中 心，藉球形承垫自动调节实现轴向受载。由于试样的上下两端与试验机 承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形， 导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对 试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值ho／do有关，同时 考虑压杆的稳定性因素，为此国家标准对试样高度ho与直径do之比规
低碳钢（Q235钢）和铸铁的压缩实验
· 一、实验目的
σ 1．测定低碳钢（Q235）的压缩屈服点 sc和铸铁的 抗压强度
σ 。 bc
2．观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。 · 二、设备和仪器 1．材料试验机。 2．游标卡尺。
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三、试样
· 一般细长杆压缩时容易产生失稳现象，因此在金属压缩实验中常 采用短粗圆柱形试样。其公差、表面粗糙度、两端面的平行度和 对试样轴线的垂直度在国标GB/T7314-2005中均有明确规定。
小直径du时，在最小处互相垂直的两个方向测量直径。注 意应用卡尺测量前端较窄的部位，以免由于弧线的影响 而测量不到实际的最小值。
· 11．关机 注意清理实，共35页，编辑于2022年，星期四
六、实验结果处理
1．实验原始数据记录参考表1-1和表1-2填写
表1-1 试样原始尺寸数据记录
验机。
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· 5．测试 待一切准备工作完成后，正式测试。测试
完毕，保存实验文件，数据分析输出，读取 低碳钢压缩屈服载荷FSC。在实验过程中注意 观察图形和数据显示窗口以及试样破坏情况。 · 6．卸载并取出试样
注意观察试样有何变化。 · 7．关机
注意清理实验现场，将相关仪器还原。
装引伸计。
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· 7．测试 待一切准备工作完成后，点击“上行”按扭，开始拉伸实验。测
试完毕保存实验文件。注意实验过程中观察图形和数据显示窗口以及试样
破坏情况。特别提请注意的是，当实验曲线出现水平线一定程度后， 试样开始进入局部变形阶段时，点击“取引伸计”按扭，迅速取 下引伸计，以免引伸计损伤。
· 断面收缩率
式中A0和AU分别是试样原始横截面积和断后最小横截面积
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如果断口到邻近标距端距离小于或等于L0 /3，就需要用移位 法测定断后标距长度，因为断口附近发生严重的塑性变形， 近的一端的颈缩端就只有一部分在标距长度内,如果直接测量， 塑性伸长量就小。
· 将试样安装在试验机的上下夹头中， 引伸计装卡在试样上，启动试验机 对试样加载，试验机将自动绘制出
载荷位移曲线（F-ΔL曲线），如
图1-2。观察试样的受力、变形直
至破坏的全过程，可以看到低碳 钢拉伸过程中的四个阶段（弹性 阶段、屈服阶段、强化阶段和局 部变形阶段）。
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·2. 实验数据处理 · 据低碳钢压缩实验所得到的屈服载荷Fsc计算
低碳钢的压缩屈服点
（1-7）
· 据铸铁压缩实验所得到的最大载荷Fbc计算铸 铁的抗压强度 (1-8)
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七、实验报告要求
· 包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录 （列表表示）与实验数据处理，试样破坏形状示意图， 分析讨论。
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三、试样
· 国标GB/T228－2002 “金属材料室温 拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试 样通常采用圆形和板状两种试样，如 图1-1所示。它们均由夹持、过渡和平
材料
标距 L0 /mm
1
直径do /mm
I
II
III
2
平 均
1
2
平 均
1
2
平 均
横截面 面积 A0 /mm2
低碳钢
铸铁 ∕
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表1-2 试样断后尺寸
断后标距 Lu /mm
断后缩颈处最小直径 du /mm
1
2
平均
断后最小横 截面积 Au /mm2
2．实验数据处理
行三部分组成。平行部分中测量伸长 用的长度称为标距。受力前的标距称 为原始标距，记作L0，通常在其两端划
细线标志。
· 本次实验采用d0=10mm,原始标距等
于5d0的圆形截面短比例试样。
(a)
b h
l0
l (b)
图1-1 试样
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四、实验原理
低碳钢（Q235 钢）的拉伸实验（图解方法）
五、实验步骤
· 1．测量试样尺寸 · 直径d0
在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在相互垂直方向各测量一次， 取其平均值。用三个平均值中最小者计算横截面面积，数据列表记录。
· 标距长度L 0 量取计算长度L 0（取L 0=5 d0），在试样两端划细线标志，用刻线机将其划分成10 等分（或5等分）。
五、实验步骤
· 1．开机
打开电源及油泵电机，启动计算机及测试软件。
· 2．测量试样尺寸 用游标卡尺在试样高度中点处两个相互垂直的方向上
测量直径，取其平均值。数据列表记录。
· 3．装夹试样，软件参数调零。 · 4．参量设置
包括试验曲线类型选择，试验力和变形窗口量程选择。
详细参数设置请参见附1-3--微机控制液压万能材料试
· 上屈服强度 · 下屈服强度 · 抗拉强度
· 式中：A0为试样原始横 截面面积。
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测量断后的标距部分长度Lu和颈缩处最小直径du， 按以下两式计算其主要塑性指标：
· 断后伸长率
式中：L0为试样原始标距长度,工程上把δ>5%的材料称为塑性材料，
把δ<5%的材料称为脆性材料
断后伸长率和断面收缩率。 · 3．测定铸铁的强度性能指标：抗拉强度。
· 4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁 两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。
· 5. 学习试验机的使用方法。
2
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二、设备和仪器
· 1．材料试验机（见下图）。 · 2．电子引伸计（见下图）。 · 3．游标卡尺。
低碳钢 据F-△L曲线（拉伸图）确定上屈服力Fsu和下屈服力Fsl点的位置，
σ 并计算其大小，按公式1-1~1-3计算上屈服强度 su、下屈服强 σ σ 度 sl 和抗拉强度 b ，按式1-4和1-5计算断后伸长率δ 和断
面收缩率ψ。
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铸铁 据试样所承受的最大力值Fb，按式1-6计算
· 请同学们在实验前一定要预习
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六、实验结果处理
· 1. 参考表1-4记录实验原始数据。
表1-4 实验原始数据记录参考表
材料
低碳钢 铸铁
直径do /mm
1
2
平均
横截面面积 屈服载荷 最大载荷
A0 /mm2
Fsc /KN Fbc /KN
/
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量模式—引伸计。
· 5. 试验过程设置
主要有：试样基本参数设定；试验力档位设定；变形调零；变形档 位设定；曲线参数设定等。详细设置请参见“电子拉力试验机”。
· 6．装夹试样，安装引伸计 上下夹头均为斜锲夹块，将试样的夹持部位放入V型槽中央。
注意低碳钢拉伸实验须测定标距范围内的变形，因此试样上下夹 持部位均须留出5-10mm，以便安装引伸计。铸铁拉伸实验则不用安
工程力学实验低碳钢和铸铁的拉压 实验
1
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实验二、低碳钢和铸铁的拉伸和压缩实验
低碳钢（Q235钢）和铸铁的拉伸实验
一、实验目的：
· 1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：
上屈服强度，下屈服强度和抗拉强度。
· 2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：
抗拉强度σb 。
· 七、实验报告要求
1. 包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录 （列表表示）与实验数据处理，分析讨论。
2. 画出试样断裂后形状示意图（可画在数据记录和处 理栏内）。用移位法测定断后收缩率的测量和计算过程 应图示说明。
3. 试验机自动绘制的F-ΔL图附于实验报告内。
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图附1-2-6 曲线显示窗口的设置
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附图1-2-7 数据分析窗口
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铸铁的拉伸实验
F · 铸铁拉伸时没有屈服阶段，拉
伸曲线微微弯曲，在变形很小
的情况下即断裂，断口为平端 Fb
口。因此对铸铁只能测得其抗 拉强度，即
· 铸铁的抗拉强度远低于低碳 钢的抗拉强度
0
△L
图1-4铸铁拉伸
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第14页，共35页，编辑于2022年，星期四
· 2. 开机
打开电源开关；启动计算机进入Windos操作系统；点击试验机控制软件，进入 试验机操作界面；按复位按扭使控制系统上电。
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第15页，共35页，编辑于2022年，星期四
· 3. 系统参数设置 点击“模式设置”选项，选择试验模式--拉伸实验。
· 4. 试验基本参数设置 点击“操作”按扭，进入“试验基本参数”界面，选择变形测
定在1～3的范围内。本次实验采用φ10×15的圆柱形试样。
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第28页，共35页，编辑于2022年，星期四
四、实验原理
· 试验时对试样缓慢加载，试验机自动绘出压缩图
（即试验力F—位移ΔL曲线）。低碳钢试样压缩图
如图1-5b所示。试样开始变形时，服从胡克定律， 呈直线上升，此后变形增长很快，材料屈服。此 时载荷暂时保持恒定或稍有减小，这暂时的恒定 值或减小的最小值即为压缩屈服载荷FSC。有时 屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后 的最低载荷为压缩屈服载荷FSC。此后图形呈曲线 上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相应增 大，增大了的截面又能承受更大的载荷。试样愈 压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图1-5a所示） 而不破裂，因此测不出抗压强度。
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· 铸铁试样压缩图如图16a所示，其开始时接近 于直线，以后曲率逐渐 增大，载荷达最大值Fbc 后稍有下降，然后破裂， 能听到沉闷的破裂声。
· 铸铁试样破裂后呈鼓形， 破裂面与轴线大约成 45°，如图1-6b所示， 这主要是由切应力造成 的。
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第30页，共35页，编辑于2022年，星期四
· 8．打印 点击“报告打印”，输出实验曲线。 · 9．卸载并取出试样
卸载并取出试样，注意保护试样断口形貌。
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· 10．测量断后标距L1和断后颈缩处最小直径d1
（仅对低碳钢拉伸实验） 测量时应注意将低碳钢试样两段的断口紧密对接，若断
口到邻近标距端距离小于或等于L0/3时，则应用移位法 （亦称为补偿法）测定断后标距长度L1。测量颈缩处最
· 目前常用的压缩实验方法是两端平压法。由于试样两端面不可能理想地 平行，实验时必须使用球形承垫（见图1-5a），试样应置于球形承垫中 心，藉球形承垫自动调节实现轴向受载。由于试样的上下两端与试验机 承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形， 导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对 试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值ho／do有关，同时 考虑压杆的稳定性因素，为此国家标准对试样高度ho与直径do之比规
低碳钢（Q235钢）和铸铁的压缩实验
· 一、实验目的
σ 1．测定低碳钢（Q235）的压缩屈服点 sc和铸铁的 抗压强度
σ 。 bc
2．观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。 · 二、设备和仪器 1．材料试验机。 2．游标卡尺。
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三、试样
· 一般细长杆压缩时容易产生失稳现象，因此在金属压缩实验中常 采用短粗圆柱形试样。其公差、表面粗糙度、两端面的平行度和 对试样轴线的垂直度在国标GB/T7314-2005中均有明确规定。
小直径du时，在最小处互相垂直的两个方向测量直径。注 意应用卡尺测量前端较窄的部位，以免由于弧线的影响 而测量不到实际的最小值。
· 11．关机 注意清理实，共35页，编辑于2022年，星期四
六、实验结果处理
1．实验原始数据记录参考表1-1和表1-2填写
表1-1 试样原始尺寸数据记录
验机。
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· 5．测试 待一切准备工作完成后，正式测试。测试
完毕，保存实验文件，数据分析输出，读取 低碳钢压缩屈服载荷FSC。在实验过程中注意 观察图形和数据显示窗口以及试样破坏情况。 · 6．卸载并取出试样
注意观察试样有何变化。 · 7．关机
注意清理实验现场，将相关仪器还原。
装引伸计。
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第16页，共35页，编辑于2022年，星期四
· 7．测试 待一切准备工作完成后，点击“上行”按扭，开始拉伸实验。测
试完毕保存实验文件。注意实验过程中观察图形和数据显示窗口以及试样
破坏情况。特别提请注意的是，当实验曲线出现水平线一定程度后， 试样开始进入局部变形阶段时，点击“取引伸计”按扭，迅速取 下引伸计，以免引伸计损伤。
· 断面收缩率
式中A0和AU分别是试样原始横截面积和断后最小横截面积
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第12页，共35页，编辑于2022年，星期四
如果断口到邻近标距端距离小于或等于L0 /3，就需要用移位 法测定断后标距长度，因为断口附近发生严重的塑性变形， 近的一端的颈缩端就只有一部分在标距长度内,如果直接测量， 塑性伸长量就小。
· 将试样安装在试验机的上下夹头中， 引伸计装卡在试样上，启动试验机 对试样加载，试验机将自动绘制出
载荷位移曲线（F-ΔL曲线），如
图1-2。观察试样的受力、变形直
至破坏的全过程，可以看到低碳 钢拉伸过程中的四个阶段（弹性 阶段、屈服阶段、强化阶段和局 部变形阶段）。
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·2. 实验数据处理 · 据低碳钢压缩实验所得到的屈服载荷Fsc计算
低碳钢的压缩屈服点
（1-7）
· 据铸铁压缩实验所得到的最大载荷Fbc计算铸 铁的抗压强度 (1-8)
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七、实验报告要求
· 包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录 （列表表示）与实验数据处理，试样破坏形状示意图， 分析讨论。
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三、试样
· 国标GB/T228－2002 “金属材料室温 拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试 样通常采用圆形和板状两种试样，如 图1-1所示。它们均由夹持、过渡和平
材料
标距 L0 /mm
1
直径do /mm
I
II
III
2
平 均
1
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平 均
1
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平 均
横截面 面积 A0 /mm2
低碳钢
铸铁 ∕
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表1-2 试样断后尺寸
断后标距 Lu /mm
断后缩颈处最小直径 du /mm
1
2
平均
断后最小横 截面积 Au /mm2
2．实验数据处理
行三部分组成。平行部分中测量伸长 用的长度称为标距。受力前的标距称 为原始标距，记作L0，通常在其两端划
细线标志。
· 本次实验采用d0=10mm,原始标距等
于5d0的圆形截面短比例试样。
(a)
b h
l0
l (b)
图1-1 试样
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四、实验原理
低碳钢（Q235 钢）的拉伸实验（图解方法）
五、实验步骤
· 1．测量试样尺寸 · 直径d0
在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在相互垂直方向各测量一次， 取其平均值。用三个平均值中最小者计算横截面面积，数据列表记录。
· 标距长度L 0 量取计算长度L 0（取L 0=5 d0），在试样两端划细线标志，用刻线机将其划分成10 等分（或5等分）。
五、实验步骤
· 1．开机
打开电源及油泵电机，启动计算机及测试软件。
· 2．测量试样尺寸 用游标卡尺在试样高度中点处两个相互垂直的方向上
测量直径，取其平均值。数据列表记录。
· 3．装夹试样，软件参数调零。 · 4．参量设置
包括试验曲线类型选择，试验力和变形窗口量程选择。
详细参数设置请参见附1-3--微机控制液压万能材料试
· 上屈服强度 · 下屈服强度 · 抗拉强度
· 式中：A0为试样原始横 截面面积。
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测量断后的标距部分长度Lu和颈缩处最小直径du， 按以下两式计算其主要塑性指标：
· 断后伸长率
式中：L0为试样原始标距长度,工程上把δ>5%的材料称为塑性材料，
把δ<5%的材料称为脆性材料
断后伸长率和断面收缩率。 · 3．测定铸铁的强度性能指标：抗拉强度。
· 4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁 两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。
· 5. 学习试验机的使用方法。
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二、设备和仪器
· 1．材料试验机（见下图）。 · 2．电子引伸计（见下图）。 · 3．游标卡尺。
低碳钢 据F-△L曲线（拉伸图）确定上屈服力Fsu和下屈服力Fsl点的位置，
σ 并计算其大小，按公式1-1~1-3计算上屈服强度 su、下屈服强 σ σ 度 sl 和抗拉强度 b ，按式1-4和1-5计算断后伸长率δ 和断
面收缩率ψ。
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铸铁 据试样所承受的最大力值Fb，按式1-6计算
· 请同学们在实验前一定要预习
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六、实验结果处理
· 1. 参考表1-4记录实验原始数据。
表1-4 实验原始数据记录参考表
材料
低碳钢 铸铁
直径do /mm
1
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平均
横截面面积 屈服载荷 最大载荷
A0 /mm2
Fsc /KN Fbc /KN
/
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量模式—引伸计。
· 5. 试验过程设置
主要有：试样基本参数设定；试验力档位设定；变形调零；变形档 位设定；曲线参数设定等。详细设置请参见“电子拉力试验机”。
· 6．装夹试样，安装引伸计 上下夹头均为斜锲夹块，将试样的夹持部位放入V型槽中央。
注意低碳钢拉伸实验须测定标距范围内的变形，因此试样上下夹 持部位均须留出5-10mm，以便安装引伸计。铸铁拉伸实验则不用安
工程力学实验低碳钢和铸铁的拉压 实验
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实验二、低碳钢和铸铁的拉伸和压缩实验
低碳钢（Q235钢）和铸铁的拉伸实验
一、实验目的：
· 1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：
上屈服强度，下屈服强度和抗拉强度。
· 2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：
抗拉强度σb 。
· 七、实验报告要求
1. 包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录 （列表表示）与实验数据处理，分析讨论。
2. 画出试样断裂后形状示意图（可画在数据记录和处 理栏内）。用移位法测定断后收缩率的测量和计算过程 应图示说明。
3. 试验机自动绘制的F-ΔL图附于实验报告内。
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第23页，共35页，编辑于2022年，星期四
图附1-2-6 曲线显示窗口的设置
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第24页，共35页，编辑于2022年，星期四
附图1-2-7 数据分析窗口
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第25页，共35页，编辑于2022年，星期四
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第26页，共35页，编辑于2022年，星期四