14三月2024金屬材料常規(guī)力學(xué)性能相關(guān)實驗實驗任務(wù)1.測定拉伸時低碳鋼的、、、；鑄鐵的;測定壓縮時鑄鐵的和低碳鋼的。2.測定扭轉(zhuǎn)時低碳鋼的、;測定扭轉(zhuǎn)時鑄鐵的實驗要求1.初步掌握金屬材料機(jī)械性能的測試方法。2.觀察、比較、總結(jié)低碳鋼與鑄鐵材料力學(xué)性能的特點與差別。教學(xué)重點：比較低碳鋼與鑄鐵的力學(xué)性能。教學(xué)難點：低碳鋼扭轉(zhuǎn)屈服極限及強(qiáng)度極限。實驗設(shè)備：1.游標(biāo)卡尺；2.金屬拉伸試樣標(biāo)距儀；

3.ＷＥ－１０Ａ萬能材料試驗機(jī);4.扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)。

實驗原理低碳鋼拉伸：低碳鋼拉伸分為四個階段：即彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段。

強(qiáng)度指標(biāo)有：屈服極限：（名義應(yīng)力）強(qiáng)度極限：

（名義應(yīng)力）

塑性指標(biāo)有：斷面延伸率：斷面收縮率：為塑性材料

為脆性材料

測量時，請注意斷口移中的問題。

鑄鐵的拉伸：鑄鐵拉伸沒有屈服極限，只有唯一指標(biāo)是強(qiáng)度極限：低碳鋼的壓縮：低碳鋼的壓縮與拉伸類似，只是沒有強(qiáng)度極限，只有屈服極限：鑄鐵的壓縮：鑄鐵的壓縮只有強(qiáng)度極限：低碳鋼扭轉(zhuǎn)：扭矩T和扭轉(zhuǎn)角φ之間的關(guān)系曲線如下圖所示：它與拉伸圖相似，曲線上的OA段為直線，表示φ與T成正比，材料服從虎克定律。Tφ0ＡＢＣTT=TSdρρTT≤TρTρ<T<TST對于強(qiáng)度極限也可以推出

低碳鋼扭轉(zhuǎn)試樣的斷口為平斷口，由于低碳鋼抗拉能力強(qiáng)，抗剪能力差，故從橫斷面剪斷。

鑄鐵扭轉(zhuǎn)：

鑄鐵抗剪能力強(qiáng)，抗拉能力差，由于，故沿著方向成45°方向的螺旋線拉斷。

Tφ0實驗步驟拉、壓實驗：1.測定試樣直徑：拉伸時取試樣三個截面（兩端及中間），在相互垂直兩個方向各測量一次直徑，取其算術(shù)平均值表示該處直徑，取三次算術(shù)平均值中的最小值作為試樣計算直徑。壓縮時，在試樣的長度中央取一處予以測量，在相互垂直兩個方向各測量一次直徑，取其算術(shù)平均值作為試樣的計算直徑。2.將試樣放在金屬拉伸試樣標(biāo)距儀上打標(biāo)記每１０mm打一個標(biāo)記，共打１１個標(biāo)記。3.選擇測力范圍：ＷＥ－１０Ａ萬能材料試驗機(jī)共有１００ＫＮ、５０ＫＮ、２０ＫN三個讀盤。根據(jù)附錄Ⅱ查得低碳鋼（Ｑ２３５Ａ級）的強(qiáng)度極限為３７５~４６０ＭＰa、灰口鑄鐵的壓縮強(qiáng)度極限為６４０~１３００ＭＰa。試樣橫截面面積約為７８.５mm２由，可估算出拉伸試驗最大載荷在３０ＫＮ~３５ＫＮ之間；壓縮試驗最大載荷在５０ＫＮ~１００ＫＮ之間。因此，做拉伸試驗時選擇５０ＫＮ的讀數(shù)盤，做壓縮試驗時選擇１００ＫＮ的讀數(shù)盤。并在擺桿上配置相應(yīng)的擺錘使與所選用的測力度盤相匹配。

４．裝好繪圖儀：選擇合適的繪圖比例，將記錄筆裝在筆架上，記錄紙卷于卷紙筒上。5.指針調(diào)零：①先開動油泵電動機(jī)，打開送油閥，將活動平臺上升起少許，然后關(guān)閉油閥。②轉(zhuǎn)動擺桿上的平衡鉈，使擺桿保持鉛垂位置。③再轉(zhuǎn)動水平齒桿，使指針對準(zhǔn)“零”點。

6.安裝試樣：拉伸時先將試樣安裝在試驗機(jī)的上夾頭內(nèi)，此時下夾頭不得夾住試樣，再開動下夾頭升降電動機(jī)，調(diào)整下夾頭位置，把試樣夾緊。壓縮時，將試樣置于試驗機(jī)的活動平臺球形承墊的中心位置上。7.進(jìn)行試驗：控制試驗機(jī)進(jìn)油閥，用適當(dāng)?shù)乃俣葘υ嚇蛹恿ΑＷ⒁庥^察測力指針的轉(zhuǎn)動，自動繪圖的情況和相應(yīng)的實驗現(xiàn)象。讀取屈服荷載ＦＳ和極限荷載Ｆb。試驗結(jié)束后，取下試樣，觀察斷口形狀。①低碳鋼拉伸斷口形狀為杯錐狀，在拉伸試樣斷口的邊緣部分基本上與軸線成４５°方向，這顯然是由剪應(yīng)力引起的破壞斷口中心部分與軸線垂直，這顯然是由三向拉應(yīng)力引起的破壞。②鑄鐵的拉伸斷口形式與軸線垂直的平斷口，這是由于鑄鐵的抗拉能力最差，是由拉應(yīng)力引起的破壞。

③低碳鋼壓縮成鼓形。由于低碳鋼壓縮時會產(chǎn)生很大的橫向變形，但由于試樣兩端面與試驗機(jī)支承墊板間存在磨擦力，約束了這種橫向變形，故試樣出現(xiàn)顯著的鼓脹。④鑄鐵的壓縮斷口與軸線大約成４５°~５５°的方向上發(fā)生破裂。這是由于脆性材料的抗剪強(qiáng)度低于抗壓強(qiáng)度，從而使試樣被剪斷。

Ｌ１和d１的測定：

把兩節(jié)試樣對接好后，量取其長度與直徑。１．測定試樣直徑：取試樣三個截面（兩端及中間），在相互垂直兩個方向各測量一次直徑，取其算術(shù)平均值表示該處直徑，取三次算術(shù)平均值中的最小值作為計算直徑。扭轉(zhuǎn)實驗步驟２.選擇測力范圍:ＮＪ－１００型扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)共有１０００Ｎm、５００Ｎm、２００Ｎm、１００Ｎm四個讀數(shù)盤。由實驗原理的單元體可知，在４５°方向上的拉應(yīng)力最大。且，在書上查不到最大剪應(yīng)力，就查最大拉應(yīng)力即可。根據(jù)附錄Ⅱ查得低碳鋼（Ｑ２３５Ａ級）的強(qiáng)度極限為375—４６０ＭＰa。試樣的抗扭截面模量為１９６.９４mm３。由，可估算出扭轉(zhuǎn)試驗最大載荷為９8.5—121Ｎm?？紤]到試樣材料的不均勻性，選擇２００Ｎm的讀數(shù)盤，并把量程選擇手輪轉(zhuǎn)到２００Ｎm上。

３．裝好自動繪圖器的筆和紙，打開繪圖器。４．安裝試樣：先將試樣一端裝在固定夾頭中，（在裝試樣時，請注意試樣對中的問題。試樣如不對中，則試樣受力后，不但受到扭轉(zhuǎn)的力，而且還會受到彎曲的力。因此，在裝試樣時，必須對中。使夾頭中的兩個四方墊塊左右對中，使試樣上、下空隙相等即可。）再使加載機(jī)構(gòu)作水平移動，使試樣另一端插入加載夾頭中，由于試樣夾持部分是由兩個平面組成，若與加載夾頭的兩個平面沒有對好，即可調(diào)節(jié)測速電位器，使加載夾頭的兩個平面與試樣的兩個平面對好。先緊固定夾頭，再緊加載夾頭。

5.調(diào)節(jié)測量轉(zhuǎn)速裝置指零點。6.根據(jù)試樣要求選定加載方向，調(diào)節(jié)測速電位器進(jìn)行加載。讀取相關(guān)讀數(shù)。7.試驗結(jié)束后，取下試樣，觀察斷口形狀。①低碳鋼扭轉(zhuǎn)破壞斷口為與軸線垂直的平斷口。因為低碳鋼的抗扭強(qiáng)度小于抗拉強(qiáng)度，所以沿其橫截面被剪斷。它是由剪應(yīng)力而引起的破壞。

②鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞斷口為沿其４５°方向成一螺旋面。因為鑄鐵的抗拉強(qiáng)度小于抗扭強(qiáng)度，故沿其４５°方向被拉斷。它是由拉應(yīng)力引起的破壞。結(jié)果整理（按表３－５進(jìn)行修約）

低碳鋼拉伸：強(qiáng)度指標(biāo)：屈服極限：強(qiáng)度極限：塑性指標(biāo)：