常温、静荷拉伸破坏实验.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流常温、静荷拉伸破坏实验.精品文档.常温、静荷拉伸破坏实验（安排） （全部内容看实验讲义）一、实验原理力学性能是指材料在力或能量作用下所表现的行为。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂，而受力变形断裂这一破坏过程是按一定规律进行的。单向拉伸时这一规律可用拉伸曲线，又称拉伸图（曲线或曲线）来描述（实验讲义图1）。材料不同拉伸图也不相同，甚至存在很大差别，这表明它们在强度、刚度、塑性、韧性等方面存在很大的差异，一些常用的力学性能指标如等在拉伸图上都有明确的定义。进行拉伸破坏实验时，首先应把材料制备成标准试样，然后在试验机上进行单

2、向拉伸直至拉断。试验机的自动记录装置可以同步地把拉伸曲线（曲线）精确地记录下来。这条曲线为分析研究材料的力学性能提供了基本依据；有关的力学性能指标可按定义在图上精确地测试。曲线或曲线相比较，由于和消除了几何尺寸的影响，因此更直接地代表材料的力学性能。试样必须按国家标准制备（实验讲义图2）。通常拉伸试样分圆试样和板试样两种。一般拉伸试样由工作部分、过渡部分和夹持部分三部分组成。工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态，其有效工作程度称作标距，分别代表标距部分的直径和面积；过渡部分必须有适当的过渡圆弧以消除应力集中；夹持部分的尺寸、形状必须与试验机夹头的钳口相匹配。试样发生颈缩时，颈缩

3、局部及其影响区的塑性变形在断后伸长率中占很大比重，因此的大小不仅取决于材质而且也取决于的长短，愈短局部变形在中所占的比例愈大，为便于相互比较试样的标距应当标准化，国家标准规定测试断后伸长率应采用比例试样，比例试样的长度有两种规定：10倍直径圆试样：，即；断后伸长率记作。 5倍直径圆试样：，即；断后伸长率记作。国家标准推荐使用短比例试样。二、实验设备1万能材料试验机（含XY函数记录仪或自动记录装置）。20.02mm游标卡尺三、实验步骤实验上机前1测量低碳钢和铸铁试样的原始直径；在标距中央及两条标距线附近各取一截面进行测量，每截面互垂方向测量两次取其平均值，采用最小截面直径的平均值进行计算。2测定

4、低碳钢试样的标距。上机实验（实验讲义图3）1安装试样保证对中，力盘（或放大器）预调平衡。2安装记录纸，调整曲线的自动记录装置，确定曲线的起始点，落笔。3开机加载。加载速度一般mm/min。曲线进入强化阶段后允许适当提高加载速度。4观察曲线的生成过程。在曲线进入强化阶段后进行一次卸载，观察卸载规律和冷作硬化现象，并随时观察试样表面发生的现象如试样屈服后是否有滑移线产生，曲线达到最大值后，观察颈缩现象直至试样断裂。试样断裂后1取下图纸。2测量低碳钢试样断口最细部位的直径（互垂方向测两次取其平均值）；将断后试样对接后，测量拉断后试样的标距。3观察低碳钢、铸铁的断口形貌和组织状态并绘制断口图。四、实验

5、结果整理1整理拉伸图，修正坐标原点和非材料因素引起的局部不连续，标注相关的刻度和测定的数据、。2强度指标计算：屈服极限 强度极限代表屈服载荷；代表试样的最大载荷；代表试样的原始面积。3低碳钢塑性指标计算断后伸长率断面收缩率断口的位置发生在标距的中段（约的长度），则测试有效。为防止失效可采用补偿法但需提前在试样上做好补偿准备。4画出低碳钢、铸铁的断口形貌图，说明其特点。5通过拉伸图描述低碳钢、铸铁的拉伸过程及各阶段的特点，分析比较低碳钢、铸铁的力学性能，完成实验报告（报告要求和格式可参考附表）。五、低碳钢拉伸实验模拟演示（实验讲义图3）低碳钢的拉伸图显示，其拉伸过程明确分四个阶段：1弹性阶段（O

6、A）外力不超过弹性范围时变形是弹性的曲线是一条直线。在这个范围内卸载试样仍恢复原状不产生残余变形（又称塑性变形）。低碳钢在线弹性范围内服从胡克定律。应力应变的关系为：，比例系数代表曲线直线部分的斜率，称作弹性模量或材料的刚度。2屈服阶段（AB）载荷超过弹性范围后曲线上出现明显的屈服平台，这时载荷基本不变而变形急剧增加，表明材料暂时失去了抵抗变形的能力，在这一阶段卸载将有不可恢复的残余变形产生。在相应的曲线上，屈服平台的下限值定义为屈服极限，记作。3强化阶段（BC）超过屈服阶段后曲线又开始上升，表明材料又恢复了抵抗变形的能力，即材料要继续变形，载荷就必须不断增长。与此同时，若试样表面光洁度很高，

7、材料杂质又较少时，在试样表面可以清楚地看到相互交错的滑移线。如果试样在这一阶段卸载（实验讲义图3），载荷将沿平行于弹性阶段的路径回零，弹性变形随之消失，而塑性变形将保留下来。若卸载后重新加载，载荷将沿卸载路径重新上升，曲线上的线弹性范围增大，屈服强度明显提高，塑性变形相应下降，而弹性模量却保持不变，这一现象称作冷作硬化现象是金属材料的一种宝贵性质。在相应的曲线上，强化阶段的最大值定义为材料的强度极限，记作。4颈缩阶段（CD）强化阶段达到最大值后曲线开始下降，塑性变形开始在局部进行，局部截面急剧收缩，由于承载面积迅速减少，载荷很快下降（实际上材料仍不断强化，即真应力必须不断提高，变形才有可能继续

8、增长），直至断裂。断裂时，试样的弹性变形消失而塑性变形则遗留在破断的试样上。低碳钢断裂后有很大的塑性变形，断口呈杯状，周边有450的剪切唇（实验讲义图4-b,c）。断口组织为暗灰色的纤维状组织，是典型的韧状断口。低碳钢的塑性用断后伸长率（又称延伸率）和截面收缩率表示。六、铸铁拉伸实验的模拟演示（实验讲义图3）铸铁是典型的脆性材料，其拉伸图没有屈服阶段也没有颈缩阶段，当试样接近断裂时曲线才稍微弯曲，因此可近似看成一条直线。铸铁是在几乎没有塑性变形，没有任何预兆的情况下突然发生断裂的，铸铁的强度指标只有强度极限。铸铁断口与正应力方向垂直表明是由拉应力拉断的，断面平齐为闪光的颗粒状组织是典型的脆状断

9、口（实验讲义图4 a）。七、思考题1为什么要采用比例试样？2强化阶段后的弹性变形和塑性变形在拉伸图上如何表示？3延伸率在曲线上如何表示？4分析铸铁的破坏方式和破坏原因。压缩破坏实验（安排）（全部内容看实验讲义）一、实验原理单向压缩时，材料的破坏过程可用压缩曲线即PDh曲线来描述（实验讲义图1）。材料不同压缩曲线也不相同，而同一材料由于应力状态不同，其力与变形的关系曲线也有较大差别，比如同一铸铁的拉伸、压缩曲线明显不同，说明铸铁受压时其强度、塑性和破坏方式与拉伸相比有明显的变化。因此压缩实验有助于对材料的力学性能进行较全面的认识。标准试样进行压缩实验时可同步记录一条精确的压缩曲线（PDh 曲线）

10、，以观察分析材料的破坏过程，有关指标可根据定义在图上测试。压缩实验的主要力学性能指标如弹性模量E、屈服极限ssc、强度极限sbc与拉伸实验时的定义相同（实验讲义图1）。单向压缩时，试样端面与压头间的摩擦力使端面附近形成三向压应力状态，试样的横向变形因此受到限制，试样越短三向应力状态的影响区相对越大；试样过长又容易产生纵向弯曲，因此必须制成标准试样（实验讲义图2）测试结果才能进行有效比较。金属材料的压缩试样采用圆试样，根据测试需要可选择不同的长细比。试样进行压缩破坏实验时长细比可取1.5 ，即= 1.5d0 。试验时，可通过专用的力导向装置（实验讲义图3）对试样进行加载以防偏心。同时试样端面可采

11、用润滑措施以减少摩擦。二、试验设备 1. 万能材料试验机（含 XY函数记录仪或自动记录装置）。 2. 试样压缩力导向装置。 2. 0.02mm游标卡尺。三、试验步骤试样上机前 1. 测量低碳钢和铸铁试样的原始直径d0：在试样中部取一截面进行测量，互垂方向测量两次其平均值为d0 2. 把试样置于力导向装置的中心位置上，对中。 3. 选择力盘（或放大器）量程和记录仪的灵敏度。上机试验 1. 压缩导向装置在试验机上要保证对 中，力盘(或放大器)予调平衡。 2. 安装记录纸，确定曲线的起始点，落笔。 3. 开机加载，开始时加载速度一般 2mm / min 。材料强化后可适当提高加载速度。 4. 观察P

12、Dh曲线的生成过程（实验讲义图1）。低碳钢试样须压到PDh曲线开始上翘为止。试样破坏或断裂后 1. 取下图纸。 2. 观察铸铁的断口形貌和组织状态并绘制断口图。四、实验结果整理 1. 整理压缩图，修正坐标原点（沿直线段向下延伸与变形轴的交点即为原点）和非材料因素引起的局部不连续，标注坐标的相关刻度值和测定指标的位置 。 2. 强度指标计算 低碳钢屈服极限 铸铁强度极限 Psc 低碳钢的屈服载荷； Pbc 铸铁破坏的最大载荷； A0 试样的原始面积。 3. 通过压缩曲线描述低碳钢、铸铁的压缩过程，并与拉伸图进行比较。 4. 画出铸铁的断口形貌图、说明其特点，分析其破坏原因。比较低碳钢、铸铁的力学

13、性能。完成实验报告。 5. 实验报告格式参考拉伸破坏实验。五、低碳钢压缩实验模拟演示（实验讲义图4）低碳钢压缩曲线也有明显的屈服点，但由于试样很短屈服阶段与拉伸相比短的多，进入强化阶段后塑性变形越来越大，因三向应力状态限制了端面附近的变形，因此试样的变形呈鼓形。随着变形的增长，承载面积、三向应力状态的影响越来越大，试样继续变形的抗力不断增长PDh曲线开始上翘，而且上翘程度越来越陡。最后，低碳钢只能压扁而不会发生断裂（实验讲义图6-a），因此低碳钢压缩时只有屈服极限ssc而没有强度极限sbc。六、铸铁压缩实验模拟演示（实验讲义图5）铸铁受压时不存在拉应力的影响，随着载荷的增长，截面的最大剪应力能够不断增长，因而产生明显的塑性变形，使压缩曲线与拉伸曲线相比明显变弯。试样变形后呈鼓状。最后试样在最大剪应力的作用下，沿截面被剪断（实验讲义图6-b），断口平滑呈韧性。由于铸铁的抗剪能力大大超过其抗拉能力，所以其压缩强度极限sbc远远大于其拉伸的强度极限sb。七、思考题 1. 低碳钢压缩曲线为什么会上翘？ 2. 为什么铸铁拉伸时表现为脆断而压缩时却有明显的塑性变形？3 . 铸铁拉伸和压缩时的破坏原因有什么不同？为什么铸铁压缩时的强度极限sbcsb ？