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1、低碳钢和铸铁的扭转实验实验一： 低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验 一、实验目的 1试样在拉伸或压缩实验过程中，观察试样受力和变形两者间的相互关系，并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 2测定该试样所代表材料的s、b、等值。 3对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较，对其强度指标和塑性指标进行比较。 4学习、掌握微机控制电液伺服万能试验机的使用方法及其工作原理。 二、仪器设备和量具 微机控制电液伺服万能试验机，材料试验机，数显压力实验机，游标卡尺。 三、低碳钢的拉伸和压缩实验 1低碳钢的拉伸实验 在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中，观察屈服
2、、强化、颈缩、断裂等现象；绘制pL曲线如图21所示；记录试件的屈服抗力Ps和最大抗力Pb。试件断裂后，测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。 图21 低碳钢拉伸图及压缩图 1 强度指标： Pspd2,其中A= 屈服极限 ss= A4 强度极限 sb= 塑性指标： 延伸率 d= 断面收缩率 y= 2低碳钢的压缩实验 Pb AL1-L100% Ld2-d12d2100% 实验前，测量试件的直径d和高度h。实验时，观察低碳钢试件压缩过程中的现象，绘出PL曲线，测定试件屈服时的抗力Ps，从而计算出低碳钢的屈服极限： ss= 四、灰口铸铁的压
3、缩实验 Ps A 实验前测定试件的直径d和高度h。实验时观察灰口铸铁试件在压缩过程中的现象，尤其是断口形状；绘出PL曲线如图22所示；记录压缩破坏时的最大抗力Pb，计算灰口铸铁压缩强度极限。即 Psb=b A图22 灰口铸铁压缩图 2 五、实验操作 1准备工作 打开试验机总电源，打开电脑。 测量拉伸试样的标距长度L和直径d，测量低碳钢压缩试样的长度H和直径d，作好原始数据的记录。 2安装试件 将试件夹持于材料试验机的上夹头中，为了夹持方便可用向下或向上运行调节下夹头的位置，使下拉伸夹头能夹住试件时立即停机。 将横梁速度转到2mm/min挡，然后把试件夹持于下夹头中。 3打开液压泵和控制器电源，
4、运行测试软件，新建实验数据。 4对显示数据清零，点击“实验”，打开控制单元，选择“速度控制”，控制速度以5mm/min为宜，开始实验。 5加载试验 注意观察实验过程中的试件变形情况和“力-位移”曲线的变化情况。 在此实验中注意弹性范围和屈服现象，记下屈服时的荷载。屈服段之后，可提高加载速度，按下5mm/min键或按下10mm/min。注意观察材料的强化和颈缩现象，记录荷载极限值。 6仪器复原 实验完后要使仪器复原，关闭实验机控制器，关闭油泵电源，关闭测试软件，整个实验结束后关闭总电源。 7普通材料实验机操作步骤 测量试件原始尺寸 安装试件，贴记录纸，安装记录笔 刻度盘调零，加载 记录屈服时的拉
5、力 继续加载，直至出现明显的局部变形后断裂，记录最大拉力 拆下试件和记录纸，测量断裂后最小截面尺寸和断后标距 8低碳钢压缩实验 其操作步骤与拉伸时基本相同，不同之处有： 3 试件放于下压头的中心处，转动上压头手轮，使上压头逐渐接近试样。但不能接触试样。 输入原始数据，关闭回油阀，按下“试验”按钮，清零。 按“启动”按钮，缓慢打来进油阀，使上压头接触试样，控制进油阀开度，使加荷速率控制在8N/s以内。 试样不会断裂，当压力达到500左右，即可停止实验，记录最大压力。 打开回油阀，取出试件，关闭试验机电源。 9铸铁压缩实验 操作步骤与低碳钢压缩相同，不同的是试件破断后停机。 六、预习思考题 1低碳
6、钢试样拉伸断裂时的载荷比最大载荷Pb小，按公式=P/A0计算，断裂时的应力比b小，为什么应力减小后反而断裂。 2压缩时为什么必须将试件对准试验机压头的中心位置，如没有对中会产生什么影响？ 3说明压缩过程中铸铁和低碳钢变形特点和破坏情况。 4 5 实验二 一、试验目的 1、测定低碳钢的剪切屈服极限s。和剪切强度极限近似值b。 2、测定铸铁的剪切强度极限b。 3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。 二、设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、试验原理 1、低碳钢试样 对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T-曲线。最初材料处于 扭转试验 图1 低碳钢是扭转试验 弹性状态，截
7、面上应力线性分布，T-图直线上升。到A点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限s。以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-图6 呈曲线上升。至B点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩Ts。再以后材料强化，T-图上升，至C点试样断裂。在试验全过程中，试样直径不变。断口是横截面，这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。 图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状 据屈服扭矩 ts=3Ts 4Wp按式2-1可计算出剪切屈服极限s。 据最大扭矩Tb可得：tb=3Tb 4Wp按式2-2可计算出剪切强度极限近似值b。 说明：公式是假定横截面上剪
8、应力均达到s后推导出来的。公式形式上与公式虽然完全相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai公式略去了一项后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。 国标GB10128-88规定s和b均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以7 用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。 II、铸铁试样 铸铁的曲线如图3所示。呈曲线形状，变形很小就突然破裂，有爆裂声。断裂面粗糙，是与轴线约成45角的螺旋面。这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力，而这面上拉应力最大之故。据断裂前的最大扭矩Tb按弹性扭转公式1-3-3可计算抗扭强度b。 图3 铸铁扭转曲线图 四、试验步骤 1、测量试样尺寸 以最小横截面直径计算截面系数Wp。 2、试验机准备 刻度盘指针调零指针调零，安装绘图记录纸，安装记录笔。 3、安装试样，用粉笔在试样上画一母线，用以观察试样变形情况。 4、测试 对低碳钢试样，起先缓慢加载，注意观察绘图和载荷指针转动情况。待记录下屈服扭矩Ts后改用快速加载，直至断裂记录下最大扭矩Ts。 对铸铁试样，慢速加载，注意观察绘图、载荷指针转动和试样变形情况直到试样断裂，记录下最大扭矩Tb。 5、取下试样，观察并分析断口形貌和形成原因。 8 6、试验机回复原状，清理现场。 五、思考题 1、根据低碳钢和铸铁试样扭转破坏的情况分析破坏原因。 2、铸铁扭转破坏断裂面为何是45螺旋面？ 9
