低碳钢和灰口铸铁的拉伸压缩

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，σ-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（σp），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。

线性阶段后，σ-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（σe），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（σs）。

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。

（a ） （b ）图2-1FF sc△L（a ） （b ）图2-2F F bc△L§2 低碳钢和铸铁的压缩试验一、试验目的1．测定低碳钢的压缩屈服点和铸铁的抗压强度。

2．观察并分析两种材料在压缩过程中的各种现象。

二、设备和仪器1．电子万能试验机 2．游标卡尺三、试样低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一般制成圆柱形，其公差、表面粗糙度、两端面的平行度和对试样轴线的垂直度在国标GB7314-87中有明确规定。

目前常用的压缩试验方法是两端平压法。

由于试样两端面不可能理想地平行，试验时必须使用球形承垫（见图2-1a ），试样应置于球形承垫中心，藉球形承垫自动调节实现轴向受载。

由于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会相应变小，因此抗压强度与比值h o ／d o 有关，同时考虑稳定性因素，为此国家标准对试样高度h o 与直径d o 之比规定在1～3的范围内。

本次实验采用10×15的圆柱形试样。

四、试验原理试验时缓慢加载，试验机自动绘出压缩图（即F-Δl 曲线）。

低碳钢试样压缩图如图2-1b 所示。

试样开始变形时，服从虎克定律，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 。

以后图形呈曲线上升，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2-1a 所示），而不破裂，所以测不出抗压强度。

铸铁试样压缩图如图2-2a 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。

SC σbc σφ铸铁试样破裂后呈鼓形，并在与轴线大约成45°的面上破断，这主要是由切应力造成的。

实验一：低碳钢、铸铁的拉伸和压缩实验一、实验目的1.测定低碳钢的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率。

2.测定铸铁的抗拉强度。

3.测定铸铁压缩时的抗压强度。

4.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。

5.分析比较低碳钢和铸铁的力学性能特点与试样破坏特征。

二、实验内容1.铸铁拉伸实验；2.铸铁压缩实验；3.低碳钢拉伸实验。

三、实验原理、方法和手段常温、静载下的轴向拉伸实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。

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。

依据国标GB/T 228－2002《金属室温拉伸实验方法》分别叙述如下：1.低碳钢试样。

在拉伸实验时，利用试验机的自动绘图器可绘出低碳钢的拉伸曲线，见图1-1所示的F—ΔL曲线。

图中最初阶段呈曲线，是由于试样头部在夹具内有滑动及试验机存在间隙等原因造成的。

分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐标原l图1-1点。

拉伸曲线形象的描绘出材料的变形特征及各阶段受力和变形间的关系，可由该图形的状态来判断材料弹性与塑性好坏、断裂时的韧性与脆性程度以及不同变形下的承载能力。

但同一种材料的拉伸曲线会因试样尺寸不同而各异。

为了使同一种材料不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点便于比较，以消除试样几何尺寸的影响，可将拉伸曲线图的纵坐标（力P）除以试样原始横截面面积A,并将横坐标（伸长ΔL）除以试样的原始标距L0得到的曲线便与试样尺寸无关，此曲线称为应力－应变曲线，它与拉伸图曲线相似，也同样表征了材料力学性能。

低碳钢和灰口铸铁的拉伸压缩实验Last revision on 21 December 2020低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验1 实验目的⑴．观察低碳钢在拉伸时的各种现象,并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限s σ,强度极限b σ,延伸率10δ和断面收缩率ψ。

⑵.观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象。

⑶.观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象。

⑷.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。

测定该试样所代表材料的F S 、F b 和l ∆等值。

⑸.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。

⑹.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。

2 仪器设备和量具50KN 电子万能试验机，单向引伸计，钢板尺，游标卡尺。

3 试件实验证明，试件尺寸和形状对实验结果有影响。

为了便于比较各种材料的机械性能，国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。

根据国家标准，（GB6397-86），将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下：本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件(图2－1),实验段直径mm d 100=,标距mm l 1000=。

本实验的压缩试件采用国家标准（GB7314-87）中规定的圆柱形试件2/0=d h ，mm d 150=（图2－2）。

4 实验原理和方法（一）低碳钢的拉伸实验在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径0d 和标距0l 。

实验时，首先将试件安装在实验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量实验段的变形。

然后开动实验机，缓慢加载，与实验机相联的微机会自动绘制出载荷-变形曲线（l F ∆-曲线，见图2－3）或应力-应变曲线（εσ-曲线，见图2－4），随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E 。

线性阶段后，εσ-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。

实验一：低碳钢和铸铁的拉伸实验班级：力学系姓名：孙承宏组别：第一组实验日期：2001.4.13 一．实验目的：1. 通过单轴拉伸试验，观察分析典型的塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的拉伸过程，观察断口，比较器机械性能。

）和塑性指标（延伸率δ和2.测定材料的强度指标（屈服极限σs，强度极限σb断面收缩率ψ）。

二．实验原理单轴拉伸实验在电子万能试验机上进行，在实验中，试验机上的载荷传感器和位移传感器分别将感受到的载荷和位移信号转变成电信号送入EDC控制器，信号经放大和模数转换后送入计算机，并将处理后的数据同步显示在屏幕上形成载荷-位移曲线。

三．实验设备：1.试验机型号和名称：WDW-100A型电子式万能材料试验机2.游标卡尺3.计算机，打印机四．实验数据的记录（1）实验数据的记录：a)试件的测量及分析拉伸试件：低碳钢：屈服极限σs=23859*4*3.14|0.01|0.01=3.09GPa，δ=（128.42-96.62）|96.92=32.9%断面收缩率ψ=（10.02*10.02-5.20*5.20）|20.02|10.02=70% 铸铁：强度极限σ=10163*4*3.14|0.00992|0.00992=1.29GPab六．低碳钢拉伸曲P-δl线图：铸铁拉伸P-δl曲线：实验二：低碳钢和铸铁的压缩实验班级：力学系姓名：孙承宏组别：第一组实验日期：2011.4.13 一．实验目的：1. 通过单轴压缩试验，观察并比较低碳钢和铸铁在压缩时变形与破坏现象。

2.测定低碳钢的屈服极限σs与铸铁的强度极限σb二．实验原理低碳钢：取圆柱形试件，在屈服之前，其应力应变曲线与拉伸时基本相同，随后横截面逐渐增大，试件最后被压成饼状而不破裂故只能测出Fs，由σs=Fs|Ao 得出材料受压时的屈服极限而得不出受压时的强度极限。

铸铁：去圆形试件，试件受力直至破坏，破坏面与试样轴线约成35-45度角，测出破坏时Fb，由σb=Fb|Ao得到铸铁强度极限。

第一部分基本实验实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验一、实验目的：1、测定低碳钢在拉伸时屈服极限σs 、强度极限σb、延伸率δ和截面收缩率Ψ。

2、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化、颈缩等现象）,及拉伸图（P-ΔL曲线）。

3、测定铸铁拉伸时的强度极限σb。

4、比较低碳钢与铸铁抗拉性能的特点，并进行断口分析。

二、实验设备：1、万能材料实验机2、游标卡尺三、试件：由于试件的形状和尺寸对实验结果有一定的影响。

为了便于互相比较应按统一规定加工成标准试件。

试件加工须按《金属拉伸实验试样》（GB6397-86）的有关要求进行。

本实验的试件采用国家标准（GB6397-86）所规定的圆棒试件，尺寸为d=10mm，标距长度L=100mm，见图1-1。

为测定低碳钢的断后延伸率δ，须用刻线机在试样标距范围内刻划圆周线，将标距L分为等长的10格。

图1-1 圆形拉伸试件四、实验原理和方法拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。

材料的力学性能如：屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率等均是由拉伸破坏实验确定的。

1、低碳钢（1）力-伸长曲线的绘制：通过实验机绘图装置可自动绘成以轴向力P为纵坐标、试件伸长量ΔL为横坐标的力-伸长曲线（P-ΔL图），如图1-2所示。

低碳钢的力-伸长曲线是一种典型的形式，整个拉伸变形分四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。

应当指出，绘图仪所绘出的拉伸变形ΔL是整个试件（不只是标距部分）的伸长，而且还包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动等。

试件开始受力时，头部夹头中的滑动很大，故绘出的拉伸图最初一般是曲线。

图1-2 低碳钢拉伸图（2）屈服极限的测定：随着荷载的增加，变形也与荷载呈正比增加，P-ΔL图上为一直线，此即直线弹性段。

过了直线弹性段，尚有一极小的非直线弹性段。

弹性阶段包括直线弹性段和非直线弹性段。

当荷载增加到一定程度，测力指针往回偏转，继而缓慢的来回摆动，相应地在P-ΔL图上画出一段锯齿形曲线，此段即屈服阶段。

实验一：低碳钢、铸铁拉伸试验一、实验目的本试验以低碳钢和铸铁为代表，了解塑性材料在简单拉伸时的机械性质。

它是力学性能试验中最基本最常用的一个。

一般工厂及工程建设单位都广泛利用该实验结果来检验材料的机械性能。

试验提供的E，ReL，Rm，A和Z等指标，是评定材质和进行强度、刚度计算的重要依据。

本试验具体要求为：1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。

2．测定强度数据，如屈服点ReL，抗拉强度Rm。

3．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率A，截面收缩率Z。

4．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。

二、实验仪器与设备:①微机控制电液伺服万能试验机型号SHT5305 最大负荷300kN 1台②全数字闭环测控系统型号DCS-300 1台③电子引伸计 1个④游标卡尺0-150mm 最小刻度0.02mm⑤刻度尺 0-30cm 最小刻度0.5mm⑥橡皮筋 2条三、实验原理进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。

一般试验机都设有自动绘图装置，用以记录试样的拉伸图即F-ΔL曲线，形象地体现了材料变形特点以及各阶段受力和变形的关系。

但是F-ΔL曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。

因此，拉伸图往往用名义应力、应变曲线(即R-ε曲线)来表示：R=F/S0——试样的名义应力ε=∆ L/ L0——试样的名义应变S0和L0分别代表初始条件下的面积和标距。

R-ε曲线与F-ΔL曲线相似，但消除了几何尺寸的影响。

因此，能代表材料的属性。

单向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在R-ε曲线上定义的。

如果试验能提供一条精确的拉伸图，那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地测定。

不同性质的材料拉伸过程也不同，其R-ε曲线会存在很大差异。

低碳钢和铸铁是性质截然不同的两种典型材料，它们的拉伸曲线在工程材料中十分典型，掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。

低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验1 实验目的⑴．观察低碳钢在拉伸时的各种现象,并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限s σ,强度极限b σ,延伸率10δ和断面收缩率ψ。

⑵.观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象。

⑶.观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象。

⑷.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。

测定该试样所代表材料的F S 、F b 和l ∆等值。

⑸.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。

⑹.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。

2 仪器设备和量具50KN 电子万能试验机，单向引伸计，钢板尺，游标卡尺。

3 试件实验证明，试件尺寸和形状对实验结果有影响。

为了便于比较各种材料的机械性能，国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。

根据国家标准，（GB6397-86），将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下：本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件(图2－1),实验段直径mm d 100=,标距mml 1000=。

本实验的压缩试件采用国家标准（GB7314-87）中规定的圆柱形试件2/0=d h ，mm d 150=（图2－2）。

4 实验原理和方法（一）低碳钢的拉伸实验在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径0d 和标距0l 。

实验时，首先将试件安装在实验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量实验段的变形。

然后开动实验机，缓慢加载，与实验机相联的微机会自动绘制出载荷-变形曲线（l F ∆-曲线，见图2－3）或应力-应变曲线（εσ-曲线，见图2－4），随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：图2－1 拉伸试件图2－2 压缩试件（1）弹性阶段（Ob 段）在拉伸的初始阶段，εσ-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。

线性段的最高点称为材料的比例极限（P σ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E 。