实验一 低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定

实验一 低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定

一、实验目的

1.观察分析低碳钢的拉伸过程，了解其力学性能；绘制拉伸曲线F-△L ，由此了解试样在拉伸过程中变形随载荷的变化规律以及有关物理现象；

2.测定低碳钢材料在拉伸过程中的几个力学性能指标：s σ、b σ、δ、ψ；

3.了解万能材料试验机的结构原理，能正确独立操作使用。

二、实验设备

1.SHT5305拉伸试验机。

2.x —Y 记录仪。

3.游标卡尺。

三、拉伸试样

四、实验原理和方法

首先将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓慢加载，试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。

1.弹性阶段 是指拉伸图上的OA ´段，没有任何残留变形。在弹性阶段，存在一比例极限点A ，对应的应力为比例极限p σ，此部分载荷与变形是成比例，εσE =。

2.屈服阶段 对应拉伸图上的BC 段。金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志，

是位错增值和运动的结果，是由切应力引起的。在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点，对应的屈服应力为

0/A F SL S =σ

3.强化阶段 对应于拉伸图中的CD 段。变形强化标志着材料抵抗继续变形的能力在增强。这也表明材料要继续变形，就要不断增加载荷。D 点是拉伸曲线的最高点，载荷为F b ，对应的应力是材料的强度极限或抗拉极限，记为b σ

0/A F b b =σ

4.颈缩阶段 对应于拉伸图的DE 段。载荷达到最大值后，塑性变形开始局部进行。这是因为在最大载荷点以后，形变强化跟不上变形的发展，由于材料本身缺陷的存在，于是均匀变形转化为集中变形，导致形成颈缩。材料的塑性性能通常用试样断后残留的变形来衡量。轴向拉伸的塑性性能通常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示，计算公式为

%100/001⨯-=l l l ）（δ

%100/010⨯-=A A A ）（ψ

式中，l 0、A 0分别表示试样的原始标距和原始面积；l 1、A 1分别表示试样标距的断后长

度和断口面积。

五、实验步骤

1.取实验材料，并用游标卡尺量取其直径（量三次取平均值），记为d 0;

2.量取试样标记范围的长度（量三次取平均值），记为l 0;

3.将试样架在万能试验机上夹紧；

4.通过电脑控制给试样加载，并观察材料的变形过程，同时电脑将自动绘制出拉伸曲线；

5.待材料拉断为止，取下试样测量拉伸后试验的直径和长度（均测量三次），分别记作d 1，l 1。

六、数据记录及处理

1.拉伸试样拉伸前后的直径和长度

2.实验数据及处理结果

七、思考题

1．低碳钢和灰铸铁在常温静载拉伸时的力学性能和破坏形式有何异同？

答、低碳钢是塑性材料，在拉伸破坏时会有明显的屈服、强化和颈缩阶段，断裂后有较大的塑性变形。灰铸铁是脆性材料，没有屈服、颈缩阶段，断裂变形很小。

2．测定材料的力学性能有何实用价值？

答、材料的力学性能反映了材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性，是构件进行强度和刚度设计的依据。

3．你认为产生试验结果误差的因素有哪些？应如何避免或减小其影响？

答、产生试验结果误差的因素：加载速率、夹头的滑动、试样尺寸测量误差。

减小影响的方法：缓慢加载，夹头夹紧，加预载荷，多测量几次试样的尺寸，取平均值。

实验二 材料切变模量G 的测定

一、实验目的

测定碳钢的剪切弹性模量G 。

二、设备和仪器

1．游标卡尺，百分表，钢板尺 2．XH180型G 值测定实验台

三、试验原理

试样直径d=10mm ，标距L=230mm ，表臂130mm ，力臂200mm 。砝码四个，每个重 △F=1.96N(200克)。

在弹性范围内进行圆截面试样扭转实验时，扭矩T 与扭转转角中之间的关系符合扭转变形的胡克定律

P GI TL /=φ，

式中：32/4d I P π=为截面的极惯性矩。

当试样长度L 和极惯性矩I P 均为已知时，只要测得扭矩增量△T 和相应的扭转角增量△Φ，可由式

P I L T G ⨯∆⨯∆=φ/

计算得到材料的切变模量。

试样受扭后，加力杆绕试样轴线转动，使右端产生铅垂位移B(单位为mm)，该位移由安装在B 端的百分表测量。当铅垂位移很小时，加力杆的转动角(亦即试样扭转角) △Φ也很小，应有tan(△Φ)=B ／b ≈△Φ，式中b 为百分表触头到式样端面圆心的距离，加力杆的转角△Φ即为圆截面试样两端面的相对扭转角△Φ(单位为弧度)。

四、试验步骤

1．试验前用手指轻轻敲击砝码盘，观察百分表是否灵活摆动，以检查装卡是否正确。

2．记录百分表初末读数或将百分表调零。

3．逐级加载，每级增加一个砝码后记录百分表初末读数，共加载四次，由于顶丝有微小滑动，每个砝码多次加卸记录其引起的位移不一样，然后卸载，重复上述步骤，共测量三次。

五、注意事项

1.砝码要轻拿轻放，不要冲击加载。不要在加力臂或砝码盘上用手施加过大力气。

2.不要拆卸或转动百分表，保证表杆与刚性臂间稳定、良好的接触。

六、实验结果处理

七、思考题

1．实验过程中，有时会出现加了砝码而百分表指针不动的现象，这是为什么？应采取什么措施？

答、加载砝码时百分表指针不动的原因：百分表可能出现故障，百分表触头没接触转角臂，转角臂与试样联接松动。

应采取的措施：检查百分表；百分表触头接触转角臂，并且预压一圈；转角臂与试样联接牢固，不能有相对转动。

2．用等增量法加载测剪切弹性模量G与一次直接加载到允许的最大载荷测得的G值有何不同？

答、逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模

量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材