机械学基础实验
指导书
力学实验中心
金属材料的拉伸与压缩实验
1.1 金属材料的拉伸实验
拉伸实验是材料力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。例如：弹性模量E 、比例极限R p 、上和下屈服强度R eH 和R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、收缩率Z 。除此而外，通过拉伸实验的结果，往往还可以大致判定某种其它机械性能，如硬度等。
我们以两种材料——低碳钢，铸铁做拉伸试验，以便对于塑性材料和脆性材料的力学机械性能进行比较。
这个实验是研究材料在静载和常温条件下的拉断过程。利用电子万能材料试验机自动绘出的载荷——变形图，及试验前后试件的尺寸来确定其机械性能。
试件的形式和尺寸对实验的结果有很大影响，就是同一材料由于试件的计算长度不同，其延伸率变动的范围就很大。例如：
对45#钢：当L 0＝10d 0时（L 0为试件计算长度，d 0为直径），延伸率A 10＝24~29%，当L 0＝5d 0时，A 5＝23~25%。
为了能够准确的比较材料的性质，对拉伸试件的尺寸有一定的标准规定。按国标GB/T228-2002、GB/P7314-2005的要求，拉伸试件一般采用下面两种形式：
图1-1
1. 10倍试件；
圆形截面时，L 0＝10d 0 矩形截面时，L 0＝11.30S
2. 5倍试件
圆形截面时，L 0＝5d 矩形截面时, L 0＝5.650S = 045
S
d 0——试验前试件计算部分的直径；
S0——试验前试件计算部分断面面积。
此外，试件的表面要求一定的光洁度。光洁度对屈服点有影响。因此，试件表面不应有刻痕、切口、翘曲及淬火裂纹痕迹等。
一、实验目的：
1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。
2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R p、下屈服强度R eL、强度极限R m、延伸率A、断面收缩率Z等）。
3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。
二、实验原理：
拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。在单向拉伸时F——ΔL（力——变形）曲线的形式代表了不同材料的力学性能，利用：
可得到R—ε曲线关系。
三、实验所用的设备、仪器和工具
1、Zwick电子万能材料试验机一台
2、游标卡尺一支
3、记号笔一支
4、低碳钢、铸铁试件各一个
四、试件尺寸测量
1．量度试件尺寸：
1）试验前在试件两端及中部选择三个截面，每个截面用游标卡尺分别相互垂直各测一次直径，取其三点平均值中的最小值作为试件的直径d0。当低碳钢试件拉断后，用游标卡尺在颈缩段的最小截面处的互相垂直的两个方向各测量一次直径，取其平均值作为试件断口处的最小值d u。
2）确定计算长度L0。
在试件中间等粗的细长部分内，量取计算长度L0（按10倍或5倍试件确定）。然后用记号笔把计算长度L0分成若干等分（通常是以5mm或10mm 为一等分）。以便当试件断裂不在中间时进行换算，从而求得比较正确的延伸率。建议使用下列表格表1.1。
参见1.3中的Zwick电子万能试验机操作步骤
六．试验注意事项：
随时注意观察试件在拉伸过程中的形状变化和应力——应变曲线的变化情况。
1）当试件拉伸过程中，当应力——应变曲线出现平台时载荷即到达屈服阶段，在试件表面可能出现契尔诺夫滑移线。
2）过了屈服阶段后，观察冷作硬化现象。
3）当载荷到达最大值（F m ）时，曲线开始回落下降，密切注意试件形状的变化，此时可看到颈缩现象。
4）试件拉断后，立即停机存盘。打印出所得的拉伸图，取下试件并量度此时的断后标距长度L u （如果试件是断在计算长度之外的作废）和颈缩处的最小直径d u 。量度时将试件的两半接在一起，使其尽量紧贴。
七．试验结果整理和计算：
1）对拉伸曲线的修正。
拉伸曲线得到后，往往在开始处形成如图1-2中所示的不规则的曲线。这是由于试验开始时，握紧器、夹具和试件之间尚未紧密相接。并非完全由于试件变形所致。因此对此曲线要进行修正，即将拉伸图直线部分往下延长，它与横座标相交，交点即为原点。
2）根据拉伸图，找出相应的R eL ，R m 。并求出：
下屈服点 R eL ＝0
S F e 强度极限 R m ＝0
S F m 3)计算延伸率：
A ＝?-0
0L L L u 100% 试件拉断后的残余变形在整个长度的分布是非均匀的。在颈缩部分大，而非颈缩部分残余变形小一些（见图1-4）。
图1-2
图1-3
实验三 压缩实验 一、实验目的 1．测定压缩时低碳钢的屈服极限s σ和铸铁的强度极限b σ。 2．观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较和分析原因。 二、设备和量具 1．手动数显材料试验机sscs-100； 2．游标卡尺。 三、实验原理及步骤 低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一般制成圆柱形，高h o 与直径d o 之比在1～3 的范围内。目前常用的压缩试验方法是两端平压法。这种压缩试验方法，试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就变得小了，因此抗压强度与比值h o ／d o 有关。由此可见，压缩试验是与试验条件有关的。为了在相同的试验条件下，对不同材料的抗压性能进行比较，应对h o ／d o 的值作出规定。实践表明，此值取在1～3的范围内为宜。若小于l ，则摩擦力的影响太大；若大于3，虽然摩擦力的影响减小，但稳定性的影响却突出起来。 低碳钢试样压缩时同样存在弹性极限、比例极限、屈服极限而且数值和拉伸所得的相应数值差不多，但是在屈服时却不象拉伸那样明显。从进入屈服开始，试样塑性变形就有较大的增长，试样截面面积随之增大。由于截面面积的增大，要维持屈服时的应力，载荷也就要相应增大。因此，在整个屈服阶段，载荷也是上升的，在测力盘上看不到指针倒退现象，这样，判定压缩时的P S 要特别小心地注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针是等速转动的，当材料发生屈服时，测力指针的转动将出现减慢，这时所对应的载荷即为屈服载荷
P S。由于指针转动速度的减慢不十分明显，故还要结合自动绘图装置上绘出的压缩曲线中的的拐点来判断和确定P S。 低碳钢的压缩图（即P一△1曲线）如图3—1所示，超过屈服之后，低碳钢试样由原来的圆柱形逐渐被压成鼓形，即如图3—3。继续不断加压，试样将愈压愈扁，但总不破坏。所以，低碳钢不具有抗压强度极限（也可将它的抗压强度极限理解为无限大），低碳钢的压缩曲线也可证实这一点。 图3-1 低碳钢压缩图图3-2 铸铁压缩图 灰铸铁在拉伸时是属于塑性很差的一种脆性材料，但在受压时，试件在达到最大载荷P b前将会产生较大的塑性变形，最后被压成鼓形而断裂。铸铁的压缩图（P一△1曲线）如图3—2所示，灰铸铁试样的断裂有两特点：一是断口为斜断口，如图3—4所示。 图3-3 压缩时低碳钢变形示意图图3-4 压缩时铸铁破坏断口 二是按P b/A0求得的 远比拉伸时为高，大致是拉伸时的 3—4倍。为什 b
实验拉伸与压缩验
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实验五 拉伸与压缩实验 一、实验目的 1．观察低碳钢和铸铁的拉伸过程，测定其主要机械性能指标屈服极限s σ、强度 极限b σ、延伸率δ和断面收缩率?，比较破坏情况。 2．观察、比较低碳钢和铸铁在压缩时的变形和破坏现象，测定低碳钢压缩时屈 服极限s σ和铸铁的强度极限b σ。 3．绘制拉伸图和压缩图。 二、实验设备、工具与试件 1．CMT5305型电子万能试验机 2．游标卡尺 3．低碳钢、铸铁拉伸件和压缩件 三、实验原理 1．拉伸实验 材料的力学性能屈服极限s σ、强度极限b σ、延伸率δ和断面收缩率?是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘制出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。 图1低碳钢拉伸图 图2铸铁拉伸图 对于低碳钢，当应力基本保持不变，而应变显著增加时，称为屈服阶段，第一次下降的最小载荷为屈服载荷s p ，继续加载测得最大载荷b p 。 试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内是均匀分布的。从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后截面面积迅速减少，继续拉伸所需要的载荷也变小了，直至断裂。 铸铁试件在变形极小时，就达到了最大载荷，而突然断裂，没有屈服和颈缩
现象。其强度极限远低于低碳钢的强度极限。 2．压缩试验 低碳钢在弹性阶段同样具有比例极限和弹性极限，开始进入屈服阶段后只有很暂短的拐点，该载荷值即为s p 。在强化阶段，压缩图的变化是由于试件的长度不断缩短，横截面不断增大而使试件抗力随之不断增加，得不得极限状态。 所以低碳钢不具有抗压强度极限。 铸铁在拉伸时属于塑性很差的一种脆性材料，但在受压时，试件在达到最大载荷b p 前将会产生较大的塑性变形，最后被压成鼓形而断裂。灰铸铁试件的断裂有两特点：一是断口为斜断口，二是其抗压强度b σ远比拉伸时高，大致是拉伸时 的3～4倍。 图3低碳钢压缩图 图4铸铁压缩图 3．本次实验所用基本公式 0A p s s = σ ； 0A p b b =σ ； 00100001?-=l l l δ ； 001000 10?-=A A A ? 式中：s p -屈服载荷； b p -最大载荷； 1l -试件拉断后标距长； 0l -试件拉断前标距长； 0A -试件原始横截面面积； 1A -试件断裂处横截面面积。
实验日期_____________教师签字_____________ 同组者_____________审批日期_____________ 实验名称：拉伸和压缩试验 一、试验目的 1.测定低碳钢材料拉伸的屈服极限σs 、抗拉强度σb、断后延伸率δ及断 面收缩率ψ。 2.测定灰铸铁材料的抗拉强度σb、压缩的强度极限σb。 3.观察低碳钢和灰铸铁材料拉伸、压缩试验过程中的变形现象，并分析 比较其破坏断口特征。 二、试验仪器设备 1.微机控制电子万能材料试验机系统 2.微机屏显式液压万能材料试验机 3.游标卡尺 4.做标记用工具 三、试验原理（简述） 1
四、试验原始数据记录 1.拉伸试验 低碳钢材料屈服载荷 最大载荷 灰铸铁材料最大载荷 2.灰铸铁材料压缩试验 直径d0 最大载荷 教师签字：2
五、试验数据处理及结果 1.拉伸试验数据结果 低碳钢材料： 铸铁材料： 2.低碳钢材料的拉伸曲线 3.压缩试验数据结果 铸铁材料： 3
4.灰铸铁材料的拉伸及压缩曲线： 5.低碳钢及灰铸铁材料拉伸时的破坏情况，并分析破坏原因 ①试样的形状（可作图表示）及断口特征 ②分析两种材料的破坏原因 低碳钢材料： 灰铸铁材料： 4
6.灰铸铁压缩时的破坏情况，并分析破坏原因 六、思考讨论题 1.简述低碳钢和灰铸铁两种材料的拉伸力学性能，以及力-变形特性曲线 的特征。 2.试说明冷作硬化工艺的利与弊。 3.某塑性材料，按照国家标准加工成直径相同标距不同的拉伸试样，试 判断用这两种不同试样测得的断后延伸率是否相同，并对结论给予分析。 5
七、小结（结论、心得、建议等）6
材料的拉伸压缩实验 【实验目的】 1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。 2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R p、下屈服强度R eL、强度极限R m、延伸率A、断面收缩率Z等等）。 3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。 4.研究和比较塑性材料与脆性材料在室温下单向压缩时的力学性能。 【实验设备】 1.微机控制电子万能试验机； 2.游标卡尺。 3、记号笔 4、低碳钢、铸铁试件 【实验原理】 1、拉伸实验 低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-?l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图1。 对于低碳钢材料，由图1曲线中发现OA直线，说明F正比于?l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B'点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地加载，并应用σs=F s/ A0（A0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。 图1低碳钢拉伸曲线 屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。
当载荷达到强度载荷F b后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式σb=F b/A0计算强度极限（A0为试件变形前的横截面积）。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率δ和端面收缩率ψ，即 % 100 1? - = l l l δ，% 100 1 0? - = A A A ψ 式中，l0、l1为试件拉伸前后的标距长度，A1为颈缩处的横截面积。 2、压缩实验 铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-?l曲线，即铸铁压缩曲线，见图2。 对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷F b时，突然发生破裂。铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成45?～55?的倾斜断裂面，这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，使试件被剪断。 材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。铸铁受压时曲线上没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形。由于试件承受压缩时，上下两端面与压头之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。 铸铁压缩实验的强度极限：σb=F b/A0（A0为试件变形前的横截面积）。 【实验步骤及注意事项】 1、拉伸实验步骤 （1）试件准备：在试件上划出长度为l0的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d0。 （2）试验机准备：按试验机→计算机→打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。 （3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已 图2 铸铁压缩曲线
金属材料的压缩实验 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
金属材料压缩实验 一、预习要求 1、电子万能材料试验机在实验前需进行哪些调整如何操作 2、简述测定低碳钢弹性模量E 的方法和步骤。 3、实验时如何观察低碳钢压缩时的屈服极限 三、材料压缩时的力学性能测定 （一）实验目的 1、测定低碳钢压缩时的屈服极限σs 和铸铁压缩时的强度极限σb 。 2、观察比较两种材料压缩破坏现象。 （二）实验仪器及试样 1、万能材料试验机。 2、游标卡尺。 3、压缩试样。压缩试样通常为圆柱形，也分短、长两种（图4a 和b ）。短试样用于测定材料抗压强度，通常规定310 ≤≤ d h ；长试样多用于测定钢、铜等材料的弹性 常数E 、μ等。 （三）实验原理 （四）实验步骤及数据处理 1、测量试样尺寸 测定试样的初始高度和直径，并记录到表3中。测定直径时，需在试样中部量取 互相垂直的两个方向的数据取平均值。 2、调整试验机 选择合适的摆锤和示力度盘，自动绘图装置上安装好纸和笔，开动油泵电机。 3、低碳钢压缩实验 安放试样到万能材料试验机活动平台上，注意应放在正中央。开动试验机送油阀，先使活动平台快速提升，当试样与上承压板将要接触时，应减少供油量，放缓提升速度以免压缩过程过快使测试失败。当外载荷加上后观察示力指针，当示力指针停顿并有回摆时说明进入屈服阶段，记录下指针回摆的最低点读数，此值即为对应于屈服极限的载荷值P s 。当示力指针继续上升时，此时进入强化阶段，试样出现明显的变形。变形到一定程度后关闭送油阀打开回油阀卸去载荷，观察试样变形情况。 4、铸铁的压缩实验 准备工作与低碳钢压缩相同。安装好试样后打开送油阀对试样进行压缩直到压断后卸去载荷，通过示力盘上从动指针位置读出最大载荷，此值即为对应于强度极限的载荷值P b 。 5、数据处理 根据测定的试样尺寸计算出试样的横截面积，得： 低碳钢的屈服极限 A P s s = σ 图4 压缩试样
低碳钢和铸铁拉伸压缩实验报告 摘要：材料的力学性能也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现的变形、破坏等方面的特性。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 关键字：低碳钢 铸铁 拉伸压缩实验 破坏机理 一．拉伸实验 1. 低碳钢拉伸实验 拉伸实验试件 低碳钢拉伸图 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：
低碳钢拉伸应力-应变曲线 （1）弹性阶段（Ob段） 在拉伸的初始阶段，ζ-ε曲线（Oa段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（ζ p ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。 线性阶段后，ζ-ε曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全 消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（ζ e ），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。 （2）屈服阶段（bc段） 超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极 限（ζ s ）。 当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。 （3）强化阶段（ce段） 经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。 若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如d-d＇斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。 在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的 强度极限（ζ b ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷F b 。 （4）局部变形阶段（ef段） 试样拉伸达到强度极限ζ b 之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增 大至强度极限ζ b 之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。 （5）伸长率和断面收缩率 试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的L变为L1。用百分比表示的比值 δ=（L1-L）/L*100% 称为伸长率。试样的塑性变形越大，δ也越大。因此，伸长率是衡量材料塑性的指标。 原始横截面面积为A的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为A1，用百分比表示的比值
碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验（实验一） 一、实验目的 1、测定碳钢在拉伸时的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和断面收缩率ψ，测定铸铁拉伸时的强度极限b σ。 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）。 二、实验设备 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、实验试祥 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1所示： 图1 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： 0A Ps S =σ 图2
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 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 % 100001?-=l l l δ 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3，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3 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： 010100%ψA -A =?A 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4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 图4 图5
实验三 金属材料的压缩实验 一、实验目的 1．测定低碳钢（Q235 钢）的压缩屈服点sc σ和铸铁的抗压强度bc σ。 2．观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。 二、设备和仪器 1．WES-600S 型电液式万能试验机。 2．游标卡尺。 三、试样 采用1525??（名义尺寸）的圆柱形试样。 四、实验原理 低碳钢（Q235 钢）试样压缩图如图3-1b 所示。试样开始变形时，服从胡克定律，呈直线上升，此后变形增长很快，材料屈服。此时载荷暂时保持恒定或稍有减小，这暂时的恒定值或减小的最小值即为压缩屈服载荷F SC 。有时屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后的最低载荷为压缩屈服载荷F SC 。尔后图形呈曲线上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相应增大，增大了的截面又能承受更大的载荷。试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图3-1a 所示）而不破裂，因此测不出抗压强度。 铸铁试样压缩图如图3-2a 所示。载荷达最大值F bc 后稍有下降，然后破裂，能听到沉闷的破裂声。 铸铁试样破裂后呈鼓形，破裂面与轴线大约成45o ，这主要是由切应力造成的。 图3-1 低碳钢试样压缩图 图3-2 铸铁试样压缩图 五、实验步骤 1．测量试样尺寸 用游标卡尺在试样高度重点处两个相互垂直的方向上测量直径，取其平均值，记录数据。
2．开机 打开试验机及计算机系统电源。 3．实验参数设置 按实验要术，通过试验机操作软件设量试样尺寸等实验参数。 4．测试 通过试验机操作软件控制横梁移动对试样进行加载，开始实验。实验过程中注意曲线及数字显示窗口的变化。实验结束后，应及时记求并保存实验数据。 5．实验数据分析及输出 根据实验要求，对实验数据进行分析，通过打印机输出实验结果及曲线。 6．断后试样观察及测量 取下试样，注意观察试样的断口。根据实验要求测量试样的延伸率及断面收缩率 7．关机 关闭试验机和计算机系统电源。清理实验现场．将相关仪器还原。 六、实验结果处理 1. 参考表3-1记录实验原始数据。 表3-1 实验原始数据记录参考表 2. 实验数据处理 据低碳钢（Q235 钢）压缩实验所得到的屈服载荷sc F 计算低碳钢的压缩屈服点sc σ： sc sc 0 F A σ= （3-1） 据铸铁压缩实验所得到的最大载荷bc F 计算铸铁的抗压强度bc σ： bc bc 0 F A σ= （3-2） 七、实验报告要求 包括实验目的，设备名称、型号，实验原始数据记录（列表表示）与实验数据处理，试样破坏形状示意图，分析讨论。
机械学基础实验 指导书 力学实验中心 金属材料的拉伸与压缩实验 1.1 金属材料的拉伸实验 拉伸实验是材料力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。例如：弹性模量E 、比例极限R p 、上和下屈服强度R eH 和R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、收缩率Z 。除此而外，通过拉伸实验的结果，往往还可以大致判定某种其它机械性能，如硬度等。 我们以两种材料——低碳钢，铸铁做拉伸试验，以便对于塑性材料和脆性材料的力学机械性能进行比较。 这个实验是研究材料在静载和常温条件下的拉断过程。利用电子万能材料试验机自动绘出的载荷——变形图，及试验前后试件的尺寸来确定其机械性能。 试件的形式和尺寸对实验的结果有很大影响，就是同一材料由于试件的计算长度不同，其延伸率变动的范围就很大。例如： 对45#钢：当L 0＝10d 0时（L 0为试件计算长度，d 0为直径），延伸率A 10＝24~29%，当L 0＝5d 0时，A 5＝23~25%。 为了能够准确的比较材料的性质，对拉伸试件的尺寸有一定的标准规定。按国标GB/T228-2002、GB/P7314-2005的要求，拉伸试件一般采用下面两种形式： 图1-1 1. 10倍试件； 圆形截面时，L 0＝10d 0 矩形截面时，L 0＝11.30S 2. 5倍试件 圆形截面时，L 0＝5d 矩形截面时, L 0＝5.650S = 045 S d 0——试验前试件计算部分的直径；
金属的压缩实验 一、概述 实验表明，工程中常用的塑性材料，其受压与受拉时所表现出的强度、刚度和塑性等力学性能是大致相同的。但广泛使用的脆性材料，其抗压强度很高，抗拉强度却很低。为便于合理选用工程材料，以及满足金属成型工艺的需要，测定材料受压时的力学性能是十分重要的。因此，压缩实验同拉伸实验一样，也是测定材料在常温、静载、单向受力下的力学性能的最常用、最基本的实验之一。 二、实验目的 1、观测低碳钢压缩时的屈服荷载F SC 2、测定铸铁压缩时的抗压强度σbC 3、观察并比较低碳钢和铸铁在压缩时的变形和破坏现象。 三、实验设备 1、液压式万能材料试验机 2、游标卡尺 四、试样的制备 按照国标GB7314－87《金属压缩试验方法》，金属材料的压缩试样多采用圆柱体，如图2－16所示。试样长度L＝(2.5～3.5)d0的试样适用于测定σpc、σtc、σsc、σbc；L＝(5～8)d0的试样适用于测定σpc0.01、E e；L＝(1～2)d0的试样适用于测定σbc、。为了尽量使试样受轴向压力，加工试样时，必须有合理的加工工艺，以保证两端面平行，并与轴线垂直。 σpc－规定非比例压缩应力 σtc－规定总压缩应力 σsc－压缩屈服点 σbc－抗压强度 σpc0.01－规定非比例压缩应变为0.01％时的应力 E e－压缩弹性模量 五、实验原理 以低碳钢为代表的塑性材料，轴向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摩擦力，约束了这种横向变形，故试样中间部分出现显著的鼓胀，如图2－17所示。
塑性材料在压缩过程中的弹性模量、屈服点与拉伸时相同，但在到达屈服阶段时不像拉伸试验时那样明显，因此要仔细观察才能确定屈服载荷F sC。当继续加载时，试样越压越扁，由于横截面面积不断增大，试样抗压能力也随之提高，曲线持续上升，如图2－18所示。除非试样过分鼓出变形，导致柱体表面开裂，否则塑性材料将不会发生压缩破坏。因此，一般不测塑性材料的抗压强度，而通常认为抗压强度等于抗拉强度。 以铸铁为代表的脆性金属材料，由于塑性变形很小，所以尽管有端面摩擦，鼓胀效应却并不明显，而是当应力达到一定值后，试样在与轴线大约成450～550的方向上发生破裂，如图2－20所示。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 六、实验步骤 1、用游标卡尺测量试样直径，方法是在试样原始标距中点处两个相互垂直的方向上测量直径，并取其算术平均值。 2、根据低碳钢屈服载荷和铸铁抗压强度的估计值, 选择试验机的示力盘，并调整其指针对零。 3、调整好自动绘图器。 4、准确地将试样置于试验机活动平台的支承垫板中心处。 5、调整试验机夹头间距，当试样接近上支承板时，开始缓慢、均匀加载。 6、对于低碳钢试样，将试样压成鼓形即可停止试验。对于铸铁试样，加载到试样破坏时(主针回摆150左右)立即停止试验，以免试样进一步被压碎。 金属的拉伸实验指导书 一、概述 常温、静载下的轴向拉伸试验是材料力学试验中最基本、应用最广泛的试验。通过拉伸试验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。这些性能指标对材料力学的分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有及其重要的作用。 二、实验目的 1、测定低碳钢的屈服强度R el、抗拉强度R m、断后延伸率A11.3和断面收缩率Z 2、测定铸铁的抗拉强度R m 3、观察上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图(F─曲线) 4、分析比较低碳钢和铸铁的力学性能特点与试样破坏特征
金属材料压缩实验 一、预习要求 1、电子万能材料试验机在实验前需进行哪些调整？如何操作? 2、简述测定低碳钢弹性模量E的方法和步骤。 3、实验时如何观察低碳钢压缩时的屈服极限？ 三、材料压缩时的力学性能测定 （一）实验目的 1、测定低碳钢压缩时的屈服极限os和铸铁压缩时的强度极限Ob。 2、观察比较两种材料压缩破坏现象。 （二）实验仪器及试样 1、万能材料试验机。 2、游标卡尺。 3、压缩试样。压缩试样通常为圆柱形，也分短、长两种 （图4a和b）。短试样用于测定材料抗压强度, 通常规定1乞加 _3 ;长试样多用于测定钢、铜等材 d o 料的弹性常数E、卩等。 图4压缩试样 （三）实验原理 1x低碳钢压缩试验 低碳钢在压缩时的F■川曲线见图1-1。在屈服之前，曲线与拉忡时相同. 在屈服之后的曲线，就与拉伸不同了。在弹性范由内，加裁速率应控制在1?10M^a/s.在 明显與性变Jg范围内.加載的应变速率应控制在（100-500） X 10-6/s之间.材料受压 屈眼时，变形继续增大，载荷保持不变或者岀现波动，如图所示。从图中读出压缩屈服荷载P Q然后计算压缩屈服点。 % =瓷<1-1> 耳试件轴线成45°斜截而卜的剪阖力是便材料发生滑移.即屈服的原因a 由林料力学知道”无论试件截面上的正应力是拉应力还是压应力*只要大小相同，则在45°斜 載面上产生的剪应力大小都是相同的，因此％与q应是相等或相近的* 屈服过后，试件变短，横橡面积变大，F-小曲线继续上升，宜至试件被压威饼状。因此低碳钢压缩试验不能测岀其强度极限. 2.错铁压编试验 铸扶压縮时的P-AI曲线呈非线性,见图1-2. 脆性材料受压试件的破坏是个复朵的外部施力、内部损伤破坏的力学过程。国内外都在研讨、争论这节问题。试件端部的受力状态与试件的破坏形式冇首密切关 系°不加任何垫片时.铸铁试件沿着与轴线成45。-55。方向破坏.破坏时斜面卜的剪 应力■同样的材料在剪切试验中所测得的剪切破坏极限％相当接近。试件两端面加垫薄片（三合板〉时”其受压破坏形式和前者冇较大差舁口 抗压强度按下式计算’ (1-2)
实验二金属材料（低碳钢和铸铁）的压缩实验 一、实验目的 （1）比较低碳钢和铸铁压缩变形和破坏现象。 （2）测定低碳钢的屈服极限σs和铸铁的强度极限σb。 （3）比较铸铁在拉伸和压缩两种受力形式下的机械性能、分析其破坏原因。 二、验仪器和设备 （1）万能材料试验机。 （2）游标卡尺。 三、试件介绍 根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形试件。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为3：2，铸铁压缩试件的高度和直径的比例为2：1。试件均为圆柱体。 四、实验原理及方法 压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料等脆性材料尤为合适。通过压缩实验观察材料的变形过程、破坏形式，并与拉伸实验进行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材料的机械性能有比较全面的认识。 压缩试验在压力试验机上进行。当试件受压时，其上下两端面与试验机支撑之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。摩擦力的存在会
影响试件的抗压能力甚至破坏形式。为了尽量减少摩擦力的影响，实验时试件两端必须保证平行，并与轴线垂直，使试件受轴向压力。另外。端面加工应有较高的光洁度。 低碳钢压缩时也会发生屈服，但并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。因此，在测定Ps 时要特别注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针等速转动，当材料发生屈服时，测力指针转动将减慢，甚至倒退。这时对应的载荷即为屈服载荷Ps。屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横截面增 ,因此也得不到强度极大时，其实际应力不随外载荷增加而增加，故不可能得到最大载荷P b ，所以在实验中是以变形来控制加载的。 限 b 前出现较明显的变形然后破裂，此时试验机测力铸铁试件压缩时，在达到最大载荷P b 指针迅速倒退，从动针读取最大载荷P 值，铸铁试件最后略呈故形，断裂面与试件轴线大 b 约呈450。 图2—2 低碳钢压缩图铸铁压缩图 五、实验步骤 （1）试验机准备。根据估算的最大载荷，选择合适的示力度盘（量程）按相应的操作规程进行操作。 （2）测量试件的直径和高度。测量试件两端及中部三处的截面直径，取三处中最小一处的平均直径计算横截面面积。 （3）将试件放在试验机活动台球形支撑板中心处。 （4）开动试验机，使活动台上升，对试件进行缓慢均匀加载，加载速度为0.5mm/min。对于低碳钢，要及时记录其屈服载荷，超过屈服载荷后，继续加载，将试件压成鼓形即可停
实验一 拉伸和压缩实验 拉伸和压缩实验是测定材料在静载荷作用下力学性能的一个最基本的实验。工矿企业、 研究所一般都用此类方法对材料进行出厂检验或进厂复检，通过拉伸和压缩实验所测得的力 学性能指标，可用于评定材质和进行强度、刚度计算，因此，对材料进行轴向拉伸和压缩试 验具有工程实际意义。 不同材料在拉伸和压缩过程中表现出不同的力学性质和现象。低碳钢和铸铁分别是典型 的塑性材料和脆性材料，因此，本次实验将选用低碳钢和铸铁分别做拉伸实验和压缩实验。 低碳钢具有良好的塑性，在拉伸试验中弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段尤为明显和清 楚。低碳钢在压缩试验中的弹性阶段、屈服阶段与拉伸试验基本相同，但最后只能被压扁而 不能被压断，无法测定其压缩强度极限bc σ值。因此，一般只对低碳钢材料进行拉伸试验而 不进行压缩试验。 铸铁材料受拉时处于脆性状态，其破坏是拉应力拉断。铸铁压缩时有明显的塑性变形， 其破坏是由切应力引起的，破坏面是沿45?～55? 的斜面。铸铁材料的抗压强度bc σ远远大 于抗拉强度b σ。通过铸铁压缩试验观察脆性材料的变形过程和破坏方式，并与拉伸结果进 行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响。 一、 实验目的 1．测定低碳钢的屈服极限s σ（包括sm σ、sl σ），强度极限b σ，断后伸长率δ和截 面收缩率ψ；测定铸铁拉伸和压缩过程中的强度极限b σ和bc σ。 2．观察低碳纲的拉伸过程和铸铁的拉伸、压缩过程中所出现的各种变形现象，分 析力与变形之间的关系，即P —L ?曲线的特征。 3．掌握材料试验机等实验设备和工具的使用方法。 二、 实验设备和工具 1． 液压摆式万能材料试验机。 2． 游标卡尺(0.02mm)。 三、 拉伸和压缩试件 材料的力学性能sm s σσ(、sl σ）、b σ、δ和ψ是通过拉伸和压缩试验来确定的，因此， 必须把所测试的材料加工成能被拉伸或压缩的试件。 试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果有一定影响。为了减少这种影响和便于使各种 材料力学性能的测试结果可进行比较，国家标准对试件的尺寸和形状作了统一的规定，拉伸 试件应按国标GB ／T6397—1986《金属拉伸试验试样》进行加工，压缩试件应按国标GB ／ T7314—1987《金属压缩试验方法》进行加工。拉伸试件分为比例的和非比例的两种。比例 试件应符合如下的关系 00A k l =
材料的拉伸压缩实验 徐浩20 机械一班 一、实验目的 1.观察试件受力和变形之间的相互关系； 2.观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物 理现象。观察铸铁在压缩时的破坏现象。 3.测定拉伸时低碳钢的强度指标（s 、b ）和塑性指标（、）。测定 压缩时铸铁的强度极限b。 二、实验设备 1.微机控制电子万能试验机； 2.游标卡尺。 三、实验材料 拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图所示， d l0 l 四、实验原理 低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图2。 对于低碳钢材料，由图2曲线中发现OA直线，说明F 正比于l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地加载，并应用s=F s/ A0（A0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。
图2 低碳钢拉伸曲线 屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷F b 后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式b =F b /A 0计算强度极限（A 0为试件变形前的横截面积）。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率和端 面收缩率，即 %100001?-= l l l δ，%1000 1 0?-=A A A ψ 式中，l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度，A 1为颈缩处的横截面积。 五、实验步骤及注意事项 1、拉伸实验步骤 （1）试件准备：在试件上划出长度为l 0的标距线，在标距的两端及中部三 个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d 0。 （2）试验机准备：按试验机计算机打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。 （3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。 （4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。 （5）开始实验：消除夹持力；位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。 （6）记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两端对齐、靠紧，用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度l 1及断口处的最小直径d 1（一般从相
§2-3 材料在拉伸与压缩时的力学性能 材料的力学性能：也称机械性能。通过试验揭示材料在受力过程中所表现出的与试件几何尺寸无关的材料本身特性。如变形特性，破坏特性等。研究材料的力学性能的目的是确定在变形和破坏情况下的一些重要性能指标，以作为选用材料，计算材料强度、刚度的依据。因此材料力学试验是材料力学课程重要的组成部分。 此处介绍用常温静载试验来测定材料的力学性能。 1. 试件和设备 标准试件：圆截面试件，如图2-14：标距l 与直径的比例分为，d d l 10=，； d l 5=板试件（矩形截面）：标距l 与横截面面积的比例分为，A A l 3.11=，A l 65.5=； 试验设备主要是拉力机或全能机及相关的测量、记录仪器。 详细介绍见材料力学试验部分。国家标准《金属拉伸试验方法》（如GB228-87）详细规定了实验 方法和各项要求。 2. 低碳钢拉伸时的力学性能 低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢， 如A 3钢、16Mn 钢。 1）拉伸图（P —ΔL ），如图2-15所示。 弹性阶段（oa ） 屈服（流动）阶段（bc ） 强化阶段（ce ）由于P —ΔL 曲线与试样 的尺寸有关，为了消除试件尺寸的影响，可采用 应力应变曲线，即εσ?曲线来代替P —ΔL 曲 线。进而试件内部出现裂纹，名义应力下跌， 至f 点试件断裂。 σ对低碳钢来说，s σ，b σ是衡量材料强度的重要指标。 2）εσ?曲线图，如图2-16所示，其各特征点的含义为： oa 段：在拉伸（或压缩）的初始阶段应力σ与应变ε为直线关系直至a 点，此时a 点所对应的
应力值称为比例极限，用P σ表示。它是应力与应变成正比例的最大极限。当P σσ≤ 则有 εσE = （2-5） 即胡克定律，它表示应力与应变成正比，即有 αε σtan == E E 为弹性模量，单位与σ相同。 当应力超过比例极限增加到b 点时， 关系偏离直线，此时若将应力卸至 零，则应变随之消失（一旦应力超过b 点，卸载后，有一部分应变不能消除），此b 点的应力定义为弹性极限ε?σe σ。 e σ是材料只出现弹性变形的极限值。 bc 段：应力超过弹性极限后继续加载， 会出现一种现象，即应力增加很少或不增 加，应变会很快增加，这种现象叫屈服。开始发生屈服的点所对应的应力叫屈服极限s σ。又称屈服强度。在屈服阶段应力不变而应变不断增加，材料似乎失去了抵抗变形的能力，因此产生了显著的塑性变形（此时若卸载，应变不会完全消失，而存在残余变形）。所以s σ是衡量材料强度的重要指标。 表面磨光的低碳钢试样屈服时，表面将出现与轴线成45°倾角的条纹，这是由于材料内部晶格相对滑移形成的，称为滑移线，如图2-17所示。 ce 段：越过屈服阶段后，如要让试 件继续变形，必须继续加载，材料似乎 强化了，ce 段即强化阶段。应变强化阶 段的最高点（e 点） 所对应的应力称为强度极限b σ。 它表示材料所能承受的最大应力。过e 点后，即应力达到强度极限后，试件局部发生剧烈收缩的现象，称为颈缩，如图2-18所示。 3）延伸率和截面收缩率 为度量材料塑性变形的能力，定义 延伸率为
材料的拉伸压缩实验 一、实验目的 1.观察试件受力和变形之间的相互关系； 2.观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物 理现象；观察铸铁在压缩时的破坏现象。 3.测定拉伸时低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）；测定压缩 时铸铁的强度极限σb。 4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。 二、实验设备 1.微机控制电子万能试验机； 2.游标卡尺。 三、实验材料 拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图1所示，压缩实验所用试件（材料：铸铁）如图2所示： 图1 拉伸试件图2 压缩试件 四、实验原理 1、拉伸实验 低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-?l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图3。 对于低碳钢材料，由图3曲线中发现OA直线，说明F正比于?l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B'点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地
加载，并应用σs =F s / A 0（A 0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。 图3 低碳钢拉伸曲线 屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷F b 后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式σb =F b /A 0计算强度极限（A 0为试件变形前的横截面积）。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率δ和端面收缩率ψ，即 %100001?-= l l l δ，%1000 1 0?-=A A A ψ 式中，l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度，A 1为颈缩处的横截面积。 2、压缩实验 铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D 转换 和处理，并输入计算机，得到F-?l 曲线，即铸铁压缩曲线，见图4。 对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷F b 时，突然发生破裂。铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成45?～55?的倾斜断裂面，这是由于脆性材料 图4 铸铁压缩曲线
材料拉伸与压缩实验报告参考
碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验 一、实验目的 1、测定碳钢在拉伸时的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和断面收缩率ψ，测定铸铁拉伸时的强度极限b σ。 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）。 二、实验设备 微机控制电子万能材料试验机、直尺、游标卡尺。 三、实验试祥 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1所示： 图1 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。 图
四、实验原理 图2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： 0A Ps S = σ 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 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 %1000 1?-= l l l δ 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： 01 100%ψA -A = ?A 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。