金属材料常规力学性能相关实验

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•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。
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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
，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。
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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：
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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
。
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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。
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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 。
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。
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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。
①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。
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 。
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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。 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。
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铸铁扭转：
•T
铸铁抗剪能力强，抗
拉能力差，由于
，
•0
•φ
故沿着 方向成45°
方向的螺旋线拉断。
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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。
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１９６.９４mm３。由
，可估算出
扭转试验最大载荷为９8.5—121Ｎm。考虑到
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。
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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°
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。
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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
金属材料常规力学性能 相关实验
2020年4月18日星期六
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。
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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；
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2.金属拉伸试样标距仪；•Βιβλιοθήκη 3.ＷＥ－１０Ａ万能材料试验
机;
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4.扭转试验机。
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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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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。
•T
•Ｃ •Ｂ •Ａ
•0
•φ
•
•T
•T
•T≤Tρ
•Tρ<T<TS
•T
•ρ •dρ •T=TS
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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。
（名义应力）
•强度极限：
（名义应力）
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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。
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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：