碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验

碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验

一、目的

1、测定碳钢在拉伸时的屈服极限ζS ，强度极限ζb ，延伸率δ和断面收缩率Ψ，测

定铸铁拉伸时的强度极限ζb 。

2、观察碳钢、铸铁在拉伸过程中的变形规律及破坏现象，并进行比较，使用绘图装

置绘制拉伸图（P-ΔL 曲线）。

3、测定压缩时低碳钢的屈服极限ζS 。和铸铁的强度极限ζb 。

4、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。

5、掌握电子万能试验机的原理及操作方法

6、了解液压万能试验机的工作原理及操作方法。

二、设备

微机控制电子万能材料试验机、液压式万能材料试验机、游标卡尺。

三、拉伸试祥

1. 为使各种材料机械性质的数值能互相比较，避免试件的尺寸和形状对试验结果的

影响，对试件的尺寸形状GB6397-86作了统一规定，如图2-3所示：

图2-3

用于测量拉伸变形的试件中段长度（标距L 0）与试件直径d 。必零满足L 0／d 0=10或5，

其延伸率分别记做和δ10和δ5

2、压缩试样：低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般做成很短的圆柱形，避免

压弯，一般规定试件高度h 直径d 的比值在下列范围之内：

1≤d h

≤3

为了保证试件承受轴向压力，加工时应使试件两个端面尽可能平行，并与试件轴线垂直，

为了减少两端面与试验机承垫之间的摩擦力，试件两端面应进行磨削加工，使其光滑。

四、实验原理

图2-4为试验机绘出的碳钢拉伸P-△L 曲线图，拉

伸变形ΔL 是整个试件的伸长，并且包括机器本身的弹

性变形和试件头部在夹头中的滑动，故绘出的曲线图最

初一段是曲线，流动阶段上限B ‘受变形速度和试件形式

影响，下屈服点B 则比较稳定，工程上均以B 点对应的

载荷作为材料屈服时的载荷P S ，以试样的初始横截面积

A0除PS ，即得屈服极限： 图2-4

0A Ps S =σ （2.1）

屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力，载荷到达最大值P b ，时，试

样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力盘的从动针停留在P b 不动，主

动针则迅速倒退表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积A 。除P b

得强度极限为

0A P b b =

σ （2.2）

延伸率δ及断面收缩率φ的测定，试样的标距原长为L 0拉断后将两段试样紧密地对接

在一起，量出拉断后的标距长为L 1延伸率应为

%10000

1⨯-=l l l δ （2.3）

断口附近塑性变形最大，所以L 1的量取与断口的部位有关，如断口发生于L ο的两端或

在L ο之外，则试验无效，应重做，若断口距L 。的一端的距离不在标距长度的中央31

区域

内，要采用断口移中的办法；以度量试件位断后的标距，设两标点CC 1之间共有10格，断

口靠近左段，如图2-5，从临近断口的第一刻线d 起，向右取10／2＝5格，记作a ，这就相

当于把断口摆在标距中央，再看a 点到C 1点有多少格，就由a 点向左取相同的格数，记作b ，

令L ˊ表示C 至b 的长度，L ’表示b 至a 的长度，则L ′＋2L ‘′的长度中包含的格数等于

标距长度内的格数10，即L ′＋2L ‘

′=L 1。

图2-5

试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A 1，由于断口不是规则的圆形，应在两个

相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A 1，然后按下式计算断面收缩率：

%10001

0⨯A A -A =ϕ （2.4）

铸铁试件在变形极小时，就达到最大载荷P b 而突然发生断裂。没有屈服和颈缩现象，其强度极限远小于低碳钢的强度极限。

图2-6为低碳钢试件的压缩图，在弹性阶段和屈服阶段，它与拉伸时的形状基本上是一致的，而且s P 也基本相同，所以说，低碳钢材料在压缩时的E 和s σ都与拉伸时大致相同，

低碳钢的塑性好，由于泊松效应，试件越压越粗，不会破坏，横向膨胀在试件两端受到试件与承垫之间巨大摩擦力的约束，试件被压成鼓形，进一步压缩，会压成圆饼状，低碳钢试件压不坏，所以没有强度极限。

图2-6 图2-7

图2-7为铸铁试件压缩图，P-ΔL比同材料的拉伸图要高4-5倍，当达到最大载荷

b 时铸铁试件会突然破裂，断裂面法线与试件轴线大致成0

55的倾角。这表面，铸铁

45～0

压缩破坏主要是由剪应力引起的。

五、实验步骤

拉伸试验步骤：

1、试件准备

（1）测量试样尺寸测定试样初始横截面面积A

ο时，在标距Lο的两端及中部三个位置上，沿两个互相垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，

取三个横截面面积中的最小值为A

ο。

2、试验机准备

使用电子万能试验机时

（1）检查试验机的夹具是否安装好，各种限位是否在实验状态下就位；

（2）启动试验机的动力电源及计算机的电源；

（3）调出试验机的操作软件，按提示逐步进行操作；

（4）安装试件。安装时仅将试件上端夹紧，下端悬空，然后再试件上夹持引伸计；

（5）启动下降按钮将试件移下，停止安装好试件，进行调零，回到试验初始状态；

（6）根据实验设定，启动实验开关进行加载，注意观察试验中的试件及计算机上的曲线变化；

（7）实验完成，保存记录数据，打印实验数据报告；