实验一、测定金属材料拉伸时的力学性能
一、实验目的
1、测定低碳钢的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率ψ。
2、测定铸铁的强度极限b σ。
3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（l F ∆-曲线）。
二、仪器设备
1、液压式万能试验机。
2、游标卡尺。
三、实验原理简要
材料的力学性质s σ、b σ、δ和ψ是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。对于低碳材料，确定屈服载荷s F 时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷s F ，继续加载，测得最大载荷b F 。试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布。从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面面积迅速减小，继续拉伸所需的载荷也变小了，直至断裂。
铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。没有流动和颈缩现象，其强度极限远低于碳钢的强度极限。
四、实验过程和步骤
1、用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，取其平均值，填入记录表内。取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径。
2、 按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。
3、 按要求选择“试验方案”→“新建实验”→“金属圆棒拉伸实验”进行试验，详细操
作要求见万能试验机使用说明。
4、 试样拉断后拆下试样，根据试验机使用说明把试样的l F ∆-曲线显示在微机显示屏
上。从低碳钢的l F ∆-曲线上读取s F 、b F 值，从铸铁的l F ∆-曲线上读取b F 值。 5、 测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积。
6、 根据低碳钢（铸铁）断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度1l 。
7、 比较低碳钢和铸铁的断口特征。
直径=
d10.14mm
横截面面积=
A80.71 2
mm
实验后：
标距l1=133.24 mm
最小直径d1=5.70 mm
横截面面积A1=25.50 mm
屈服应力=
=
A
F
s
s
σMPa
抗拉强度=
=
A
F
b
b
σMPa
伸长率=
⨯
-
=%
100
1
l
l
l
δ
断面收缩率=
⨯
-
=%
100
1
A
A
A
ψ
试样草图拉伸图
实验前：
d.
.
l
实验后：
F
O l∆
灰铸铁试件
试样尺寸实验数据
实验前：
标距=
l100 mm
直径=
d10.16mm
横截面面积A =81.03 mm2
实验后：
标距l1≈100 mm
最小直径d1=10.15mm
横截面面积A=80.91 mm2
最大载荷=
b
F14.4kN
抗拉强度=
=
A
F
b
b
σMPa 实验前草图实验后草图
六、实验结论分析与讨论
分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征。
实验二、测定金属材料压缩时的力学性能
一、实验目的
1、测定低碳钢的屈服应力s σ。
2、测定铸铁的抗压强度bc σ。
3、观察压缩过程中的各种现象，并绘制压缩图（l F ∆-曲线）。
二、实验设备
1、液压式万能试验机。
2、游标卡尺。
三、实验原理简要
当试样承受压缩时，其上下端面与试验机垫板之间产生很大的摩擦力，这些摩擦力阻碍试样上部和下部的横向变形，使其抗压能力有所提高，故试验时试样两端面应涂以润滑剂以减小摩擦力的影响。施加载荷时，要求其合力作用线与试样轴线一致，为此试样两端面必须平行且与轴线垂直，同时在试验机下垫板底部有球形承垫，当试样两端面稍有不平行时，会自动调整下垫板平面的方位，使接触面载荷均匀分布。低碳钢压缩试验中，屈服现象不及拉伸时那样明显，从l F ∆-曲线读下屈服载荷s F ，由此可求得屈服极限
A F s
s =
σ，此后由于材料良好的塑性，使其压成饼状而不致破坏，故低碳钢不存在压缩强度极限。铸铁压缩试验则在出现较大（相对于拉伸而言）的塑性变形后发生破坏，其裂纹方向与轴线约成450角，此时的载荷即为最大载荷bc F ，由此可算得压缩强度极限
A F bc
bc =
σ。 四、实验过程和步骤
1、测量试样的原始尺寸。
2、安装试样并保持上下对中。
3、根据试样的负荷和变形水平，按照试验机操作软件设定试验的详细步骤，加载试验。
4、观察试样变形和破坏特征。
五、数据记录与处理
六、实验结论分析与讨论
分析铸铁试件压缩破坏的原因。实验三、拉压弹性模量
E 测定
一、实验目的
1、测定材料的弹性模量E 。
2、在比例极限内，验证胡克定律。
二、实验设备
1、万能试验机。
2、数字式电阻应变仪。
3、游标卡尺，标准试样等。
三、实验原理简要
一般采用在比例极限内的拉伸试验来测定材料的弹性模量E 。测量标距内微小变形的方法较多，可以用各种引伸仪来测定，也可以用电测方法来测得。试件一般采用圆形截面的标准试样。为了验证载荷F 与变形l ∆之间的正比关系，在比例极限内采用增量法，逐级加载，每次增加同样大小的载荷F ∆，测出相应的伸长变形，若每次伸长变形增量ε∆也大致相等，说明载荷F 与变形l ∆成正比，即验证了胡克定律。设试样的横截面为A ，标距为l ，则弹性范围内的胡克定律为ε∆EA F /∆=，由此可知，试样材料的弹性模量为：
ε
∆⋅∆=
A F
E 。为了夹牢试件和消除试验机机构之间的间隙，必须施加一定数量的初载荷。当确认仪表工作正常之后，正式自初载开始，逐级加载，测量其伸长。
