低碳钢和铸铁拉伸和压缩试验

- 1 - 实验一 材料在轴向拉伸、压缩时的力学性能

一、 实验目的

1． 测定低碳钢在拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率。

2． 测定铸铁在拉伸以及压缩时的强度极限σb。

3． 观察拉压过程中的各种现象，并绘制拉伸图。

4． 比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。

二、 设备及仪器

1．电子万能材料试验机。

2．游标卡尺。

图1-1 CTM－5000电子万能材料试验机

电子万能材料试验机是一种把电子技术和机械传动很好结合的新型加力设备。它具有准确的加载速度和测力范围，能实现恒载荷、恒应变和恒位移自动控制。由计算机控制，使得试验机的操作自动化、试验程序化，试验结果和试验曲线由计算机屏幕直接显示。图示国产CTM－5000系列的试验机为门式框架结构，拉伸试验和压缩试验在两个空间进行。

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图1-2 试验机的机械原理图

试验机主要由机械加载（主机）、基于DSP的数字闭环控制与测量系统和微机操作系统等部分组成。

（1） 机械加载部分

试验机机械加载部分的工作原理如图1-2所示。由试验机底座（底座中装有直流伺服电动机和齿轮箱）、滚珠丝杠、移动横梁和上横梁组成。上横梁、丝杠、底座组成一框架，移动横梁用螺母和丝杠连接。当电机转动时经齿轮箱的传递使两丝杠同步旋转，移动横梁便可水平向上或相下移动。移动横梁向下移动时，在它的上部空间由上夹头和下夹头夹持试样进行拉伸试验；在它的下部空间可进行压缩试验。

（2） 基于DSP的数字闭环控制与测量系统

是由DSP平台；基于神经元自适应PID算法的全数字、三闭环（力、变形、位移）控制- 3 - 系统；8路高精准24Bit数据采集系统；USB1.1通讯；专用的多版本应用软件系统等。

（3） 微机操作系统

试验机由微机控制全试验过程，采用POWERTEST软件实时动态显示负荷值、位移值、变形值、试验速度和试验曲线；进行数据处理分析，试验结果可自动保存；试验结束后可重新调出试验曲线，进行曲线比较和放大。可即时打印出完整的试验报告和试验曲线。

低碳钢和铸铁拉伸实验报告

一、实验目的。

本实验旨在通过对低碳钢和铸铁的拉伸实验，了解两种材料的机械性能，探究它们在受力过程中的表现及性能差异。

二、实验原理。

拉伸实验是通过对材料施加拉力，观察其受力变形情况，从而得出材料的拉伸性能参数。在实验中，我们将对低碳钢和铸铁进行拉伸实验，通过拉伸试验机施加拉力，测量其应力-应变曲线，得出材料的屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率等参数，从而对两种材料的性能进行比较分析。

三、实验步骤。

1. 将低碳钢和铸铁试样分别固定在拉伸试验机上；

2. 施加拉力，记录应力-应变曲线；

3. 测量材料的屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率等参数；

4. 对实验结果进行分析和比较。

四、实验数据及分析。

经过拉伸实验，我们得到了低碳钢和铸铁的应力-应变曲线，通过对曲线的分析，得出了以下数据：

低碳钢：

屈服强度，250MPa。

抗拉强度，400MPa。 断裂伸长率，25%。

铸铁：

屈服强度，150MPa。

抗拉强度，300MPa。

断裂伸长率，5%。

通过对比两种材料的拉伸性能参数，可以得出以下分析：

1. 低碳钢的屈服强度和抗拉强度均高于铸铁，表明低碳钢具有更好的抗拉性能；

2. 低碳钢的断裂伸长率远高于铸铁，表明低碳钢具有更好的延展性，更适合用于受力较大、需要一定延展性的场合；

3. 铸铁的屈服强度和抗拉强度较低，但硬度较高，适合用于一些对硬度要求较高的场合。

五、实验结论。

通过本次实验，我们对低碳钢和铸铁的拉伸性能进行了比较分析，得出了以下结论：

1. 低碳钢具有较好的抗拉性能和延展性，适合用于需要抗拉性能和延展性的场合；

2. 铸铁具有较高的硬度，适合用于对硬度要求较高的场合；

3. 不同材料具有不同的机械性能，需要根据具体使用场合选择合适的材料。

六、实验总结。 本次拉伸实验使我们更加深入地了解了低碳钢和铸铁的机械性能，对于工程材料的选择和应用具有一定的指导意义。在今后的工程实践中，我们应根据具体的使用场合和要求，选择合适的材料，以确保工程质量和安全。

1 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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远远大于抗拉强度b。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（包括sm、sl），强度极限b，断后伸长率和截面收缩率；测定铸铁拉伸和压缩过程中的强度极限b和bc。

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sms(、sl）、b、和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

实验一 低碳钢、铸铁的拉伸实验

拉压实验是材料的力学性能实验中最基本最重要的实验，是工程上广泛使用的测定材料力学性能的方法之一。

一、实验目的：

1、了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。

2、通过实验，观察低碳钢和铸铁在拉伸时的变形规律和破坏现象，并进行比较。

3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和截面收缩率ψ，铸铁拉伸时的强度极限σb。

二、实验设备及试样

1、万能材料试验机

2、游标卡尺

3、钢直尺

4、拉伸试样：

图2.7 拉伸试样

由于试样的形状和尺寸对实验结果有一定影响，为便于互相比较，应按统一规定加工成标准试样。图2.7分别表示横截面为圆形和矩形的拉伸试样。L0是测量试样伸长的长度，称为原始标距。按现行国家GB6397-86的规定，拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种。比例试样的标距L0与原始横截面A0的关系规定为

00AkL （2.2）

式中系数k的值取为5.65时称为短试样，取为11.3时称为长试样。对直径d0的圆截面短试样，0065.5AL=5d0；对长试样， 000103.11dAL。本实验室采用的是长试样。非比例试样的L0和A0不受上列关系的限制。试样的表面粗糙度应符合国标规定。在图2.7中，尺寸Ｌ称为试样的平行长度，圆截面试样Ｌ不小于Ｌ0＋d0；矩形截面试样Ｌ不小于Ｌ0＋b0/2。为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡，要有足够大的过渡圆弧半径Ｒ。试样头部的形状和尺寸，与试验机的夹具结构有关，图2.7所示适用于楔形夹具。这时，试样头部长度不小于楔形夹具长度的三分之二。

三、实验原理及方法

常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验。可用以测定弹性Ｅ和μ，比例极限σp，屈服极限σs（或规定非比例伸长应力），抗拉强度σb，断后伸长率δ和截面收缩率ψ等。这些力学性能指标都是工程设计的重要依据。