工程力学拉伸压缩实验

工程力学拉伸压缩实验 ?2-2 轴向拉、压机械性能的测定 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的机械性能通常是指材料在外力或能量作用下所表现的行为。材料在静载轴向外力作用下的行为，由拉伸、压缩试验来揭示，它是了解材料机械性能最全面、最方便的实验，实验设备和测试技术也较成熟，已成为确定材料机械性能的基本方法，在实际工程建设和科研中广泛使用。对于相应的材料机械性能测试，各个国家以及国际上都有相关的试验 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 和标准。 一、轴向拉伸机械性能的测定 材料在静载轴向拉伸作用下的行为，由拉伸试验来揭示，其测试原理是用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，测定材料的一项或几项力学性能。此以金属材料的拉伸试验为例来介绍材料的拉伸机械性能测定方法。 对于金属材料室温拉伸性能的测定，我国规定有《金属材料 室温拉伸试验方法》的标准。目前执行的是GB/T 228—2002标准，这是我国根据国际标准ISO 6892:1998《金属材料 室温拉伸试验》又修订的标准。此部分内容就是根据GB/T 228—2002标准编写的。 (一)试样要求 实验表明，试样的尺寸和形状对实验结果具有一定的影响。为了避免这种影响和便于各种材料机械性能指标的数值能互相比较，所以对试样的尺寸和形状国家定出了统一的标准规定。 拉伸试样分比例试样和非比例试样两种，一般为经机加工的试样和不经机加工的全截面试样，其横截面通常为圆形、矩形、异形以及不经机加工的全截面形状。 1、形状与尺寸 ? 一般要求 试样的形状与尺寸取决于要被试验的金属产品的形状与尺寸。通常从产品、压制坯或铸锭切取样坯经机加工制成试样，但具有恒定横截面的产品(如型材、棒材、线材等)和铸造试样(铸铁和铸造非铁合金)可以不经机加工而进行试验。 试样的横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况可以为某些其他形状。 试样原始标距L与原始横截面积S有L= k关系者称为比例试样。国际上使用的比例试样S000 0 的比例系数k为5.65。原始标距应不小于15mm(国际标准规定为“不小于20mm”，改成为“不小于15mm”以便扩宽到使用机加工的3mm直径比例试样。——规范中注)。当试样横截面积太小，以致采用比例系数k为5.65的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值(优先选用11.3的值)或采用非比例试样。对于非比例试样其原始标距(L)与其原始横截面积(S)无关。 00 试样的尺寸公差应符合被试验产品的相应要求(规范中有明确的规定)。 ? 机加工的试样 通常，试样要进行机加工。如试样的夹持端与平行长度的尺寸不相同，它们之间应以过渡弧连接(见图22,1和图22,2)。此弧的过渡半径的尺寸可能很重要，应符合相应的规定(如:机加工的圆形横截面比例试样，r?0.75d。机加工的矩形横截面试样，r?20 mm ——对于厚度0.1 mm:,3 mm的薄板和薄带;r?12 mm ——对于厚度?3 mm的板材和扁材以及直径或厚度?4 mm的线材、棒材和型材)。 试样夹持端的形状应适合试验机夹头的夹持，试样轴线应与力的作用线重合。 试样的平行长度(L)、或试样不具有过渡弧时夹头间的自由长度应大于原始标距(L)。对于圆c0形横截面试样:L?L+d/2;仲裁试验，L=L+2d，除非材料尺寸不足够。对于矩形横截面试样，LcOc0c ?L+1.5;仲裁试验，L=L+2，除非材料尺寸不足够。 O c0 SS00 图22,1 机加工的矩形截面试样(试样头部形状仅为示意性) 注: 图22,2 机加工的比例试样(试样头部形状仅为示意性) ? 不经机加工的试样 如试样为未经机加工的产品或试棒的一段长度(见图22,3)，两夹头间的长度应足够，以使原始标距的标记与夹头有合理的距离。 对于厚度等于或大于3 mm的板材和扁材以及直径或厚度等于或大于4 mm的线材、棒材和型材，其不经机加工试样的平行长度应保证试验机两夹头间的自由长度足够，以使试样原始标距的标记与最接近夹头间的距离不小于1.5 d或1.5 b。 对于直径或厚度小于4 mm的线材、棒材和型材试样，通常为产品的一部分，不经机加工，其原始标距(L)为200 mm和100 mm。除小直径线材在两夹头间的自由长度可以等于L的情况外，其00他情况， 试验机两夹头间的自由长度应至少为L+50 mm。如不测定断后伸长率，两夹头间的最小0 自由长度可以为50 mm。 ? 铸造试样 图22,3 产品一部分的不经机加工试样 铸造试样应在其夹持端与平行长度之间以过渡弧连接，此弧的过渡半径的尺寸可能很重要，应符合相关产品标准的规定。试样夹持端的形状应适合于试验机的夹头，平行长度(L)应大于原始标c距(L)。 0 2、试样的制备 应按照相关产品标准或GB/T 2975的要求切取样坯和制备试样。 (二)试样原始尺寸的测定 、原始横截面积(S1)的测定 0 试样原始横截面积的测定方法和准确度应符合标准规定的要求，测量时建议按表22,1选用量具或测量装置。应根据测量试样的原始尺寸计算原始横截面积，并至少保留4位有效数字。 试样的原始尺寸应在试样标距的两端及中间三处测量，取用三处测得的最小横截面积。对试样每个原始尺寸的测量都应满足相应规定的测量准确度(规范中要求原始横截面积测定的准确度～根据试样的形状和尺寸不同而不同～其范围在?1%,?2%;对试样每个原始尺寸测定的准确度要求范围在?0.2%,?0.5%)。 表22,1 量具或测量装置的分辨率 mm 试样横截面尺寸 分辨率 不大于 0.1,0.5 0.001 ,0.5,2.0 0.005 ,2.0,10.0 0.01 ,10.0 0.05 说明:国际标准未规定此表的要求，增加此要求以保证原始横截面积的测定准确度符合规定要求(——规范中注)。 对于圆形横截面试样，应在标距的两端及中间三处分别沿两个相互垂直的方向测量直径d，取其算术平均值，取用三处测得的最小平均直径计算原始横截面积: 2S=πd/4 0 对于矩形横截面试样，应在标距的两端及中间三处测量宽度b和厚度a，取用三处测得的最小值计算原始横截面积: S=ab 0 对于恒定横截面试样，可以根据测量试样的长度L、试样质量m和材料密度ρ确定其原始横截t 面积。试样长度的测量应准确到?0.5%，试样质量的测量应准确到?0.5%，材料密度应至少取3位有效数字。试样的原始横截面积: S=1000m /ρL0 t 2、原始标距(L)的标记 0 应用小标记、细划线或细墨线标记原始标距，但不得用引起过早断裂的缺口做标记。 对于比例试样，应将原始标距的计算值修约至最接近5 mm的倍数，中间数值向较大一方修约。原始标距的标记应准确到?1%。 如平行长度(L)比原始标距(L)长许多，例如不经机加工的试样，可以标记一系列套叠的原c0 始标距。有时，可以在试样表面划一条平行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。 (三)试验设备的准确度 试验机应按照GB/T 16825进行检验，并应为1级或优于1级准确度。 引伸计的准确度级别应符合GB/T 12160的要求。测定上屈服强度、下屈服强度、屈服点延伸率、规定非比例延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度，以及规定延伸强度的验证试验，应使用不劣于1级准确度的引伸计;测定其他具有较大延伸率的性能，例如抗拉强度、最大力总延伸率和最大力非比例延伸率、断裂总伸长率，以及断后伸长率，应使用不劣于2级准确度的引伸计。 (四)试验要求 1、试验环境条件 金属材料的室温拉伸试验，一般应在室温10?,35?范围内进行(除非另有规定)，对温度要求严格的试验，试验温度应为23??5?。 2、试验速率 除非产品标准另有规定，试验速率取决于材料特性并应符合下列规定。 ? 测定屈服强度和规定强度的试验速率 测定上屈服强度时，在弹性范围和直至上屈服强度，试验机夹头的分离速率应尽可能保持恒定并在表22,2规定的应力速率范围内。 表22,2 应力速率 2-1应力速率([N/mm]?s) 2材料弹性模量E(N/mm) 最 小 最 大 ,150 000 2 20 ?150 000 6 60 若仅测定下屈服强度，在试样平行长度的屈服期间，应变速率应在0.00025/s,0.0025/s在之间，平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定。如不能直接调节这一应变速率，应通过调节屈服即将开始前的应力速率来调整，在屈服完成之前不再调节试验机的控制。如在同一试验中测定上屈服强度和下屈服强度，测定下屈服强度的条件也应符合此要求。 在任何情况下，弹性范围内的应力速率不得超过表22,2规定的最大速率。 测定规定非比例延伸强度、规定总延伸强度和规定残余延伸强度时，应力速率应在表22,2规 定的范围内。在塑性范围和直至规定强度(规定非比例延伸强度、规定总延伸强度和规定残余延伸强度)应变速率不应超过0.0025/s。 如果试验机无能力测量或控制应变速率，直至屈服完成，应采用等效于表22,2规定的应力速率的试验机夹头分离速率。 ? 测定抗拉强度的试验速率 在塑性范围，平行长度的应变速率不应超过0.008/s。在弹性范围，如果试验不包括屈服强度或规定强度的测定，试验机的速率可以达到塑性范围内允许的最大速率。 3、夹持方式 应使用例如楔形夹头、螺纹夹头、套环夹头等合适的夹具夹持试样。 应尽最大努力确保夹持的试样受轴向拉力的作用。当试验脆性材料或测定规定非比例延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度或屈服强度时尤为重要。 (五)主要指标的测定 1、拉伸曲线图 一般材料试验机都具有荷载位移记录装置，可以将试样的抗力和变形的关系曲线(F,ΔL曲线)记录下来。图22,4所示为低碳钢的F,ΔL曲线，以此来说明金属试样在拉伸全过程中，所受拉力和其变形的关系。图中，纵坐标表示荷载F，单位是千牛(KN)，横坐标表示试样的绝对伸长ΔL，单位是毫米(mm)。整个变化过程可分为四个阶段。 OA——弹性阶段。其特征是荷载与伸长成线性 关系，材料服从虎克定律。 B′C——屈服阶段。常呈锯齿状，B′为上屈服 点，B为下屈服点，BC为屈服平台。此时试样变 形急剧增加，而所受荷载几乎没有增大(在试验机 的示力盘上～表现为示力指针有微小的摆动)。 CD——强化阶段。沿试样长度产生均匀的塑 性变形，此时dF/d(ΔL),0，且有趋向于零的连续 变化，表明试样的抗力随其塑性变形为非线性的增 加。 DE——局部变形阶段(又称颈缩阶段)。在D 点dF/d(ΔL)=0，荷载达到最大值F，之后转为b图22,4 低碳钢拉伸图 dF/d(ΔL),0的变化，表示试样的抗力下降而变形 继续增加，出现颈缩。此时变形局限于颈缩附近，直至断裂。 2、屈服强度的测定 当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。应区分上屈服强度和下屈服强度。 ? 上屈服强度(R)和下屈服强度(R) eHeL 上屈服强度指试样发生屈服而力首次下降前的最高应力，下屈服强度指在屈服期间，不计初瞬时效应时的最低应力(见图22,5)。 对于呈现明显屈服(不连续屈服)现象的金属材料，相关产品标准应规定测定上屈服强度或下屈服强度或两者。如未具体规定，应测定上屈服强度和下屈服强度或下屈服强度[图22,5(d)情况]。按照定义采用下列方法测定。 图解方法:试验时记录力,延伸曲线或力,位移曲线，从曲线图读取力首次下降强的最大力和 不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台的恒定力，将其分别除以试样的原始横截面积(S)0得到上屈服强度和下屈服强度(见图22,5)。仲裁试验采用图解方法。 图22,5 不同类型曲线的上屈服强度和下屈服强度 指针方法:试验时，读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小力或首次停止转动指示的恒定力，将其分别除以试样的原始横截面积(S)得到上屈服强度0和下屈服强度。 可以使用自动装置(例如微机处理等)或自动测试系统测定上屈服强度和下屈服强度，可以不绘制拉伸曲线图。 ? 条件屈服强度(R) 0.2 对于呈现无明显屈服(连续屈服)现象的塑性金属材料，工程上规定以产生0.2%塑性应变时所对应的应力值作为衡量材料强度的指标，称为材料的条件屈服强度。其测定方法见下述的规定非比例延伸强度的测定(R)和规定残余延伸强度的测定(R)。 P0.2 r0.2 3、规定强度的测定 ? 引伸计标距(L) e 引伸计标距是指用引伸计测量延伸时所使用试样平行长度部分的长度。测定屈服强度和规定强度性能时，推荐L?L/2;测定屈服点延伸率和最大力时或在最大力之后的性能，推荐L等于或近e0e似等于试样原始标距L。 0 ? 关于延伸的定义 延伸指试验期间任一给定时刻引伸计标距(L)的增量。与之相应的延伸率可分为: e 残余延伸率:试样施加并卸除应力后引伸计标距的延伸与引伸计标距(L)之比的百分率。 e 非比例延伸率:试验中任一给定时刻引伸计标距的非比例延伸与引伸计标距(L)之比的百分率。 e 总延伸率:试验中任一给定时刻引伸计标距的总延伸与引伸计标距(L)之比的百分率。 e 屈服点延伸率(A):呈现明显屈服(不连续屈服)现象的金属材料，屈服开始至均匀加工硬化e 开始之间引伸计标距的延伸与引伸计标距(L)之比的百分率(见图22,6)。 e 图22,7 规定非比例延伸强度(R) p图22,6 屈服点延伸率(A)e ? 规定非比例延伸强度(R)的测定 p 规定非比例延伸强度指非比例延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力(见图22,7)。使用的符号应附以下脚标说明规定的百分率，例如R表示非比例延伸率为0.2%时的应力。 p0.2 根据力,延伸曲线图测定规定非比例延伸强度(准确绘制力,延伸曲线图十分重要)。在曲线图上，划一条与曲线的弹性直线段部分平行、且在延伸轴上与此直线段的距离等效于规定非比例延伸率(例如0.2%)的直线，此平行线与曲线的交点给出相应于所求规定非比例延伸强度的力。此力除以试样的原始横截面积(S)得到规定非比例延伸强度(见图22,7)。 0 如力,延伸曲线图的弹性直线部分不能明确 测定，以致不能以足够的准确度划出这一平行线，推荐采用如下方法: 试验时，当已超过预期的规定非比例延伸强度后，将力降至约为已达到力的10%，然后再施加力直至超过原已达到的力。为了测定规定非比例延伸强度，过滞后环划一条直线，再经过横轴上与曲线原点的距离等效于所规定的非比例延伸率的点作一条平行与此直线的平行线，平行线与曲线的交点给出相应于规定非比例延伸强度的力。此力除以 试样的原始横截面积(S)得到规定非比例延伸强度0 (见图22,8)。 也可采用逐步逼近方法进行测定(具体测试方法 请查阅规范)。 注:可以用各种方法修正曲线的原点～一般使用如下 方法:在曲线图上穿过其斜率最接近于滞后环斜 率的弹性上升部分～划一条平行与滞后环所确定 的直线的平行线～此平行线与延伸轴的交点即为 曲线的修正原点。 可以使用自动装置(例如微机处理等)或自动测 试系统测定规定非比例延伸强度，可以不绘制力,延 伸曲线图。 日常一般试验机允许采用绘制力,夹头位移曲线 的方法测定规定非比例延伸率等于或大于2%的规定 非比例延伸强度。仲裁试验不采用此方法。 图22,8 规定非比例延伸强度(R) p ? 规定总延伸强度(R)的测定 t 规定总延伸强度指总伸长等于规定的引伸计标距百分率时的应力(见图22,9)。使用的符号应附以下脚标说明规定的百分率，例如R表示总延伸率为0.5%时的应力。 t 0.5 在力,延伸曲线图上，划一条平行于力轴、并与该轴的距离等效于规定总延伸率的平行线，此平行线与曲线的交点给出相应于规定总延伸强度的力，此力除以试样的原始横截面积(S)得到规定0总延伸强度(见图22,9)。 可以使用自动装置(例如微机处理等)或自动测试系统测定规定总延伸强度，可以不绘制力,延伸曲线图。 图22,9 规定总延伸强度(R) 图22,10 规定残余延伸强度(R) t r ? 规定残余延伸强度(R)的验证和测定 r 规定残余延伸强度指卸除应力后残余延伸率等于规定的引伸计标距(L)百分率时对应的应力(见e 图22,10)。使用的符号应附以下脚标说明规定的百分率，例如R表示规定残余延伸率为0.2% r0.2 时的应力。 验证方法:试样施加相应于规定残余延伸强度的力，保持力10s,12s，卸除力后验证残余延伸率未超过规定百分率(见图22,10)。 测定方法:采用卸荷方法测定(具体见实验6，此略)。 4、抗拉强度(R)的测定 m 抗拉强度就是相应最大力(F)的应力。 m 按照定义采用图解方法或指针方法测定抗拉强度。 对于呈现明显屈服(不连续屈服)现象的金属材料，从记录的力,延伸或力,位移曲线图、或从测力度盘读取过了屈服阶段之后的最大力;对于呈现无明显屈服(连续屈服)现象的金属材料，从记录的力,延伸或力,位移曲线图、或从测力度盘读取试验过程中的最大力。最大力除以试样的原始横截面积(S)得到抗拉强度。 0 可以使用自动装置(例如微机处理等)或自动测试系统测定抗拉强度，可以不绘制拉伸曲线图。 5、塑性指标的测定 ? 关于伸长率的定义(见图22,11) 伸长率指原始标距的伸长与原始标距(L)之比的百分率。其又可分为: 0 断后伸长率(A):断后标距的残余伸长(L,L)与原始标距(L)之比的百分率。对于比例试u00 样，若原始标距不为5.65，符号A应附以下脚注说明所使用的比例系数，例如，A表示原始S 11.30 标距(L)为11.3的断后伸长率。对于非比例试样，符号A应附以下脚注说明所使用的原始标距，0S0 以毫米(mm)表示，例如， A表示原始标距(L)为80mm的断后伸长率。 80 mm0 断裂总伸长率(A):断裂时刻原始标距的总伸长(弹性伸长加塑性伸长)与原始标距(L)之t0比的百分率。 最大力伸长率:最大力时原始标距的伸长与原始标距(L)之比的百分率。应区分最大力总伸长0 率(A)和最大力非比例伸长率(A)(见图22,11)。 gtg 图22,11 伸长率的定义 ? 断后伸长率和断裂总伸长率的测定 应按照定义测定断后伸长率。 为了测定断后伸长率，应将试样断裂的部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一条直线上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。这对小截面式样和低伸长率试样尤为重要。 应使用分辨率优于0.1 mm的量具或测量装置测定断后标距(L)，准确到?0.25 mm。如规定的u 最小断后伸长率小于5%，建议采用下述的特殊方法进行测定。 原则上，只有断裂处与最接近的标距标记的距离不小于原始标距的三分之一的情况方为有效，但若断后伸长率大于或等于规定值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。为了避免由于试样断裂位置不符合该规定的条件而必须报废试样，可以采用移位法测定断后伸长率。 附:当规定的最小断后伸长率小于5%时推荐的测定方法:试验前在平行长度的一端处作一很小的标 记～使用调节到标距的分规～以此标记为圆心划一圆弧。拉段后～将断裂的试样置于一装置上～ 最好借助螺丝施加轴向力～以使其在测量时牢固地对接在一起。以原圆心为圆心、以相同的半 径划第二个圆弧～用工具显微镜或其他合适的仪器测量两个圆弧之间的距离即为断后伸长～准 确到? 0.02 mm。为使划线清晰可见～试验前涂上一层染料。也可采用下述的引伸计方法。 能用引伸计测定断裂延伸率的试验机，引伸计标距(L)应等于试样的原始标距(L)(注:如e0产品标准规定用一固定标距测定断后伸长率～引伸计标距应等于这一标距)，无需标出试样原始标距的标记。以断裂时的总延伸作为伸长测量时，为了得到断后伸长率，应从总延伸中扣除弹性延伸部分。 原则上，断裂发生在引伸计标距以内方为有效，但若断后伸长率大于或等于规定值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。 以此方法测定的断裂总延伸除以试样原始标距得到断裂总伸长率(见图22,11)。 试验前通过协议，可以在一固定标距上测定断后伸长率，然后使用换算公式或换算表将其换算成比例标距的断后伸长率(注:仅当标距或引伸计标距、横截面的形状和面积均为相同时～或当比例系数,k,相同时～断后伸长率才具有可比性)。 ? 最大力总伸长率(A)和最大力非比例伸长率(A)的测定 gtg 在用引伸计得到的力,延伸曲线图测定最大力时的总延伸(ΔL)，最大力总伸长率按照下式计m 算: ,L)×100 A=(ΔLmegt 从最大力时的总延伸ΔL中扣除弹性延伸部分即得到最大力时的非比例伸长，将其除以引伸计m 标距(L)得到最大力非比例伸长率(见图22,11)。 e 有些材料在最大力时呈现一平台，当出现这种情况时，取平台中点的最大力对应的总伸长率(见图22,11)。 如试验是在计算机控制的具有数据采集系统的试验机上进行，直接在最大力点测定总伸长率和相应的非比例伸长率，可以不绘制力,延伸曲线图。 试验报告中应报告引伸计标距。 ? 屈服点延伸率(A)的测定 e 按照定义根据力,延伸曲线图测定屈服点延伸率。 试验时记录力,延伸曲线，直至达到均匀加工硬化阶段。在曲线图上，经过屈服阶段结束点划一条平行于曲线的弹性直线段的平行线，此平行线在曲线图的延伸轴上的截距即为屈服点延伸，屈服点延伸除以引伸计标距得到屈服点延伸率(见图22,6)。 可以使用自动装置(例如微机处理等)或自动测试系统测定屈服点延伸率，可以不绘制力,延伸曲线图。 试验报告中应报告引伸计标距。 注:国际标准未规定词条内容，为了按照定义进行测定，补充此条规定(——规范中注)。 ? 断面收缩率(Z)的测定 断面收缩率指断裂后试样横截面积的最大缩减量(S,S)与原始横截面积(S)之比的百分率。 0u0 按照定义测定断面收缩率。断裂后最小横截面积的测定应准确到?2%。 测量时，如果需要，应将试样断裂的部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一条直线上。对于圆形横截面试样，在缩颈最小处相互垂直方向测量直径，取其算术平均值计算最小横截面积;对于矩形横截面试样，测量缩颈处的最大宽度(b)u 和最小厚度(a)(见图22,12)，两者之乘积即为u 断后最小横截面积。 原始横截面积(S)与断后最小横截面积(S)0u 之差除以原始横截面积的百分率得到断面收缩率。 薄板和薄带试样、管材全截面试样、圆管纵向 弧形试样和其他复杂横截面试样、以及直径小于3 mm的试样，一般不测定断面收缩率。如果要求， 图22,12 矩形截面试样缩颈处的 应双方商定测定方法，其断后最小横截面积的测定 最大宽度和最小厚度 也应准确到?2%。 (六)性能测定的结果 1、数字修约 试验测定的性能结果数据应按照相关产品标准的要求进行修约。如未规定距图要求，应按照表22,3的要求进行修约。修约的方法按照GB/T 8170执行(见附录C)。 表22,3 性能结果数据的修约间隔 性 能 范 围 修 约 间 隔 2 2 ?200N/mm1 N/mm222 R，R，R，R，R，R,200N/mm,1 000N/mm 5 N/mmeHElptrm 22,1 000N/mm 10 N/mm A 0.05% e A，A，A，A 0.5% tgtg Z 0.5% 注:国际标准仅对断后伸长率的测定结果数值规定修约间隔为0.5%，此补充规定了其他性能测定结 果数值的修约要求(——规范中注)。 2、试验结果处理 试验出现下列情况之一其试验结果无效，应重做同样数量试样的试验。 ? 试样断在标距外或断在机械刻划的标距标记上，而且断面伸长率小于规定的最小值; ? 试验期间设备发生了故障，影响了试验结果。 试验后，试样出现两个或两个以上的缩颈以及显示出肉眼可见的冶金缺陷(例如分层、气泡、夹渣、缩孔等)，应在试验记录和报告中注明。 3、试验报告 试验报告一般应包括下列内容: a)本国家标准编号; b)试样 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 ; c)材料名称、牌号; d)试样类型; e)试样的取样方向和位置; f)所测性能结果。 二、轴向压缩机械性能的测定 材料在静载轴向压力作用下的行为，由压缩试验来揭示，其实验原理是用压力压缩试样，测定材料的一项或几项力学性能。 对于金属材料室温压缩性能的测定，我国规定有《金属压缩试验方法》的标准。目前执行的是GB 7314—87标准。此部分内容就是根据GB 7314—87标准编写的。 (一)试样要求 当试样承受压缩时，其上下两表面与试验机支承垫之间产生很大的 摩擦力(图22,13所示)，这些摩擦力阻碍试样上部和下部的横向变形。若在试样两端涂以润滑剂，就可以减小摩擦力，但试样的抗压能力将有 所降低。当试样长度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响将有所减小， 因此抗压能力与试样长度L和直径d的比值L/d有关。为了避免试样00 尺寸和形状对试验结果的影响，也为了便于对不同材料的压缩性能进行图22,13 压缩时 试样端面上的摩擦力 比较，所以对试样的尺寸和形状应有一个统一的规定。 1、形状与尺寸 压缩试样形状和尺寸的设计应保证:在试验过程中标距内为均匀单向压缩(单向压缩是指试样受轴向压缩时～弯曲的影响可以忽略不计～标距内应力均匀分布,且在试验过程中不发生弯曲)，引伸计所测变形应与试样轴线上标距段的变形相等，且端部不应在试验结束之前损坏。图22,14为国标GB7314,87所推荐的试样，凡能满足本要求的其他试样也可采用。 (a) 圆柱体试样 (b) 正方形柱体试样 (c) 矩形板试样 (d) 带凸耳板状试样 (注:凸耳根部圆角半径不大于0.1mm) 图22,14 压缩试样 图22,14中的(a)、(b)为侧向无约束试样。其长度L=(2.5,3.5)d的试样适用于测定规定非比0 例压缩应力σ、规定总压缩应力σ、压缩屈服极限σ和抗压强度σ;L=(5,8)d的试样适用于Pctcscbc0测定规定非比例压缩应力σ和压缩弹性模量E;L=(1,2)d的试样仅适用于测定抗压强度σ。 Pc 0.01c0bc 图22,14中的(c)、(d)为板状试样，需夹在约束装置内进行试验;除脆性材料外，一般不能测定抗压强度σ。 bc 试样原始标距两端分别距试样断面的距离不应小于直径(宽度)的二分之一(测E时不应小于c直径)。 板状试样的长度按公式:L=H+h计算，h按公式:h?[ε+(σ/E)]+ (0.2,0.3)计算;在测PcPcc 量规定总压缩应力σ时，h按公式:h?ε?H+(0.2,0.3)计算。式中，ε为规定非比例压缩应变，tctcPc ε为规定总压缩应变。 tc 2、试样的制备 样坯切取的数量、部位、取向应按照相关产品标准或双方协议规定;切取样坯和机加工试样时，应防止因冷加工或热影响而改变材料的性能。 板状试样厚度为原材料厚度时，应保留原表面，表面上不应有划痕等损伤;试样厚度为机加工厚度时，表面粗糙度不应低于原表面的粗糙度。厚度(直径)在标距内的允许偏差为1%或0.05mm 取其小值。 圆柱体试样按图22,14?机加工，板状试样按表22,4机加工。棱边应无毛刺、无倒角。 表22,4 机加工板状试样尺寸 mm 厚 度 宽 度 图 号 图22,14 ? 0.10,,2 12.5 2,10 图22,14 ? 12.5 ?10 ?10 图22,14 ? 注:厚度小于0.3mm的，一般把试样头部弯成“,”。 试样应平直。从板卷或带卷上切取的试样，允许有不影响性能测定的轻微弯曲。 3、试样的贮存 试验前，试样应置于干燥无腐蚀介质的室温环境下存放，并防止在存放期间表面受到损伤和变形。 (二)试样原始尺寸的测定 板状及正方形柱体试样的厚度和宽度，须在试样原始标距中点处测量;圆柱体试样须在试样原始标距中点处两个相互垂直的方向上测量直径，取其平均值。测量量具应按表22,5选用。 表22,5 量具精度要求 mm 被测尺寸范围 量具最小刻度值 不大于 ,0.5 0.001 0.5,,2 0.002 2,,10 0.01 ?10 0.05 测量带耳板状试样，原始标距为两侧面的每一侧面两耳沿试样轴线方向的内侧距离和外侧距离总和的四分之一(注:测量时量具不应靠近凸耳根部)。 (三)试验设备的准确度 1、试验机 凡满足下列要求的试验机均可使用: a、力的示值误差不超过?1%(即试验机为1级或优于1级准确度)。 b、试验机台板安装试样的表面与压头压试样的表面应平行，其平行度不低于1?0.0002(安装试样区100mm范围内)。 c、试验过程中，压头与台板间不应有侧向的相对移动和转动。 注:对于不满足b和c要求的试验机～应加配力导向装置。在偏心压缩的影响较明显时～可配用调平垫快。 试验机应备有调速指示装置，其速度应能在标准规定的范围内控制和调节，并保持施力平稳而无冲击现象。 试验机应备有力传感器，其满量程误差和线性差均不大于0.5%。 试验机应备有放大和记录力及变形的装置。 硬度较高的试样两端应垫以合适的硬质材料做成的垫板，试验后，板面不应有永久变形。垫板两面的平行度应不低于1?0.0002，表面粗糙度不低于R。 a 0.8 试验机应由计量部门定期检定。 板状试样压缩时～应使用约束装置。进行脆性材料试验时～应家用有机玻璃或铁纱做成的防护罩～以防止试样碎片飞出伤人或损坏仪器。 2、引伸计 引伸计(包括记录或显示仪器)应进行标定，标定时引伸计的工作状态应尽可能与试验工作状态相同。引伸计的准确度级别应符合GB/T 12160的要求。 经标定的引伸计，在日常试验前应注意检查，若发现异常应重新标定。 应按表22,6选用相应级别的引伸计。 表22,6 引伸计的选用 性 能 规定非比例压缩应变(%) 允许使用的最低级别 ,0.05 B 0.05,,0.2 σC bc ?0.2 D E B c σ tc D σ sc 测定弹性模量和规定非比例压缩应变小于0.05%的规定非比例压缩应力时，必须采用双弓平均引伸计;引伸计应同时装夹在试样相对的两侧。 (四)试验要求 1、试验环境条件 试验应在室温10?,35?范围内进行。 2、试验速率 压缩速度在弹性(或接近弹性)范围，采用控制应力速率的方法，其速率控制在1,10 MPa/s 范围内;在明显塑性变形范围，采用控制应变速率的方法，其速率控制在0.0005,0.0001/s范围内。 3、试样安装 安装试样时，试样纵轴中心线应与压头轴线重合。 板状试样装进约束装置前，两侧面与夹板间应铺一层厚度不大于0.05 mm的聚四氟乙烯薄膜， 或均匀涂一层润滑剂，以减少摩擦。 板状试样铺薄膜或涂润滑剂之前，应用无腐蚀的溶剂清洗;装夹后，应把两端面用细纱布擦干 净。 (五)主要性能的测定 1、实际压缩力(F)的测定 ? 板状试样夹紧力的选择 应根据材料的规定非比例压缩应力σ(或压缩屈服极限σ)及板厚来选择夹紧力。一般使摩Pc0.2sc擦力F不大于F估计值的2%;对于极薄试样，允许摩擦力达到F估计值的5%。只要能保证fPc0.2Pc0.2试验顺利进行，夹紧力越小越好。 ? 板状试样实际压缩力F的测定 试验时自动绘制的力,变形曲线，一般初始部分 因受摩擦力影响而并非线性关系(见图22,15)。当 力足够大时，摩擦力达到一个定值，此后摩擦力不再 影响的力,变形曲线。设摩擦力F平均分布在试样表f 面上，则实际压缩力F为: F=F,F /2 0f 式中F为试样上端所受的力。 0 ? 作图法确定实际压缩力F 在自动绘制的力,变形曲线图(见图22,15)上， 沿弹性直线段反延直线交原坐标轴于O″，在原坐标轴 原点O′与O″的连线中点上作垂线，交反延的直线于O 点，O点即为力,变形曲线的真实原点。过O点作平图22,15 作图法确定实际压缩力F 行原坐标轴的直线，即为修正后的坐标轴，实际压缩 力可在新坐标系上直接判读。 2、规定非比例压缩应力(σ)的测定 Pc 图22,16 作图法求F(a)无侧向约束试验、(b)有侧向约束试验 Pc 规定非比例压缩应力指试样标距段的非比例变形达到规定的原始标距百分比时的应力。表示此应力的符号应附以角注说明，例如σ、σ分别表示规定非比例压缩应变为0.01%、0.02%时的Pc0.01Pc0.02 应力(试样的原始标距L是指用引伸计测量试样变形的那一部分长度。此长度应不小于试样原始宽0 度b或试样原始直径d)。 00 用力,变形作图法测定。力轴每毫米所代表的力应使所求的规定非比例压缩变形的实际压缩力F点处于力轴的二分之一以上，变形放大倍数的选择应保证图22,16中的OC段长度不小于5mm。 Pc 在自动绘制的力,变形曲线图(见图22,16)上，自O点起，截取一段相当于规定非比例变形的距离OC(ε?L?n ，其中n为变形放大倍数)，过C点作平行于弹性直线段的直线CA交曲线于Apc0 点，其对应的力F为所测规定非比例实际压缩力。规定非比例压缩应力按公式 σ=F/S计算(SPcPcPc00为试样原始横截面积)。 如果力—变形曲线无明显的弹性直线段(见图22,17)，采用逐次逼近法。先在曲线上直观估读一点A，约为规定非比例压缩应变0.2%的力F，而后在微弯曲线上取G、Q两点，其分别对应的0A000力0.1F、0.5F作直线GQ,按上述方法过C点作平行线于GQ的直线CA交曲线于A点，如A0A000 0011A点与A点重合，则F即为F。GQ直线的斜率一般可以用于图解确定其他规定非比例压缩10A0PC0.200 应力的基准。 图22,17 逐次逼近作图法求F (a)无侧向约束试验、(b)有侧向约束试验 Pc 如A点末与A点重合，则需采取与上述相同的步骤进行第二次逼近，此时取A点对应的力F101A1来分别确定0.1F、0.5F对应的点G、Q，然后如前述过C点作平行线来确定交点A。重复相同A1A1112步骤直止最后一次得到的交点与前一次的重合。 3、规定总压缩应力(σ)tc 的测定 规定总压缩应力指试样 标距段的总压缩变形(弹性变 形加塑性变形)达到规定的原 始标距百分比时的应力。表示 此应力的符号应附以角注说 明，例如σ规定总压缩应tc1.5 变为1.5%时的应力。 用力一变形作图法测定。 力轴同上述的规定，总压缩变图22,18 作图法求F(a)无侧向约束试验、(b)有侧向约束试验 tc 形一般应超过变形轴的二分之一以上。 在自动绘制的力一变形曲线图(见图22,18)上，自O点起在变形轴上取CD段(ε?L?n)，过tc0 D点作与力轴平行的DM直线交曲线于M点，其对应的力F为所测规定总压缩力。总压缩应力按公tc式 σ=F/S计算。 tctc0 4、压缩屈服极限(σ)sc 的测定 压缩屈服极限指试样 在压缩试验过程中，达到力 值不再增加而仍继续变形 时所对应的应力。 用力一变形作图法测 定。力轴同上述的规定，变 形轴应根据屈服阶段的变(a) (b) 形来确定。 图22,19 作图法求F(一) sc 在自动绘制的力一变 形曲线图(22,19 a、b)上，判读屈服平台的恒定实际压缩力或塑性屈服阶段的最低实际压缩力即为屈服力F;若屈服阶段曲线sc 出现多个波峰波谷时，取第一个波谷之后的最低实际压缩力为屈服力(见图22,20)。压缩屈服极限按公式 σ=F/S计算。 scsc0 如协议允许，屈服力可在测力度盘上判读。 5、抗压强度(σ)的测定 bc 抗压强度指试样压至破坏过程中的最大应力。 试样压至破坏，从力-变形曲线图上确定最大实际压缩力Fbc(见图22,21)，或从测力度盘读最大力值。抗压强度按公式 图22,20 作图法求F(二) scσ=F/S计算。 bcbc0 6、压缩弹性模量(E)的测定 c 压缩弹性模量指在压缩试验过程中，应力应变成线性关系时应力与应变的比值。 用力-变形作图法测定。力轴同上述的规定，变形放大倍数应大于500倍。 在自动绘制的力,变形曲线图(见图22,18)上，取弹性直线段上J、K两点(点距应尽可能长)，读出对应的力F、F以及jk变形ΔL、ΔL，则弹性模量按下列公式计算: jk (F,F)Lkj0图22,21 作图法求Fbc E, c(,L,,L)Skj0 如材料无明显的弹性直线段，又没有其他规定时，则按逐次逼近方法处理。 (六)性能测定的结果 1、数字修约 数字修约方法按照GB1.1,81《标准化工作导则 编写标准的一般规定》附录C执行。弹性模 量值修约后至少保留两位有效数字;应力值修约按表22,7进行。 表22,7 应力值的修约(MPa) 范 围 修 约 到 ,500 1 500,1000 5 ,1000 10 2、试验结果处理 试验出现下列情况之一其试验结果无效，并应补做同样数量试样的试验。 ? 试样未达到所求性能时，发生屈曲者; ? 试样未达到所求性能时，端部就局部压坏以及试样在凸耳部分或标距外断裂者; ? 试验过程中操作不当者; ? 试验过程中仪器设备发生故障者。 试验后，试样上显示出肉眼可见的冶金缺陷(例如分层、气泡、夹渣、缩孔等)，应在试验记录和报告中注明。 三、实验内容 金属材料的室温拉伸试验 [实验目的] 1、测定低碳钢的屈服强度R、R及R、抗拉强度R、断后伸长率A和断面收缩率Z。 Eh eLe m 2、测定铸铁的抗拉强度R和断后伸长率A。 m 3、观察并 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 两种材料在拉伸过程中的各种现象(包括屈服、强化、冷作硬化和颈缩等现象)，并绘制拉伸图。 4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸机械性能的特点。 [使用设备] 万能试验机、游标卡尺、试样分划器或钢筋标距仪 [试样] 本试验采用经机加工的直径d=10 mm的圆形截面比例试样，其是根据国家试验规范的规定进行 加工的。它有夹持、过渡和平行三部分组成(见图2,1)，它的夹持部分稍大，其形状和尺寸应根据试样大小、材料特性、试验目的以及试验机夹具的形状和结构设计，但必须保证轴向的拉伸力。其夹持部分的长度至少应为楔形夹具长度的3/4(试验机配有各种夹头～对于圆形试样一般采用楔形夹板夹头～夹板表面制成凸纹～以 便夹牢试样)。机加工带头试样 的过渡部分是圆角，与平行部分 光滑连接，以保证试样破坏时断 口在平行部分。平行部分的长度 L按现行国家标准中的规定取c L+d，L是试样中部测量变形o o 的长度，称为原始标距。 图2,1 机加工的圆截面拉伸试样 [实验原理] 按我国目前执行的国家GB/T 228—2002标准——《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定，在室温10?,35?的范围内进行试验。 将试样安装在试验机的夹头中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力(应根据材料性能和试验目的确定拉伸速度)，直到拉断为止，并利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图(图2,2所示)。 应当指出，试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形ΔL主要是整个试样(不只是标距部分)的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素。由于试样开始受力时，头部在夹头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 (a)低碳钢拉伸曲线图 (b)铸铁拉伸曲线图 图2,2 由试验机绘图装置绘出的拉伸曲线图 1、低碳钢(典型的塑性材料) 当拉力较小时，试样伸长量与力成正比增加，保持直线关系，拉力超过F后拉伸曲线将由直变P曲。保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值F。 P 在F的上方附近有一点是F，若拉力小于F而卸载时，卸载后试样立刻恢复原状，若拉力大于Pcc F后再卸载，则试件只能部分恢复，保留的残余变形即为塑性变形，因而F是代表材料弹性极限的cc 力值。 当拉力增加到一定程度时，试验机的示力指针(主动针)开始摆动或停止不动，拉伸图上出现锯齿状或平台，这说明此时试样所受的拉力几乎不变但变形却在继续，这种现象称为材料的屈服。低碳钢的屈服阶段常呈锯齿状，其上屈服点B′受变形速度及试样形式等因素的影响较大，而下屈服点B则比较稳定(因此工程上常以其下屈服点B所对应的力值F作为材料屈服时的力值)。确定屈eL 服力值时，必须注意观察读数表盘上测力指针的转动情况，读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力F(上屈服荷载)和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小力F(下屈服荷载)或首次停止转eHeL 动指示的恒定力F(下屈服荷载)，将其分别除以试样的原始横截面积(S)便可得到上屈服强度eL0 R和下屈服强度R。即 eHeL R= F/S R= F/S eHeH0eL eL0 屈服阶段过后，虽然变形仍继续增大，但力值也随之增加， 拉伸曲线又继续上升，这说明材料又恢复了抵抗变形的能力，这 种现象称为材料的强化。在强化阶段内，试样的变形主要是塑性 变形，比弹性阶段内试样的变形大得多，在达到最大力F之前，m 试样标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓上升的曲 线，这时可明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小。此最大力 F为材料的抗拉强度力值，由公式R=F/S 即可得到材料的mmm0 抗拉强度R。 m图2,3 低碳钢的冷作硬化 如果在材料的强化阶段内卸载后再加载，直到试样拉断，则所得到的曲线如图2,3所示。卸载时曲线并不沿原拉伸曲线卸回，而是沿近乎平行于弹性阶段的直线卸回，这说明卸载前试样中除了有塑性变形外，还有一部分弹性变形;卸载后再继续加载，曲线几乎沿卸载路径变化，然后继续强化变形，就像没有卸载一样，这种现象称为材料的冷作硬化。显然，冷作硬化提高了材料的比例极限和屈服极限，但材料的塑性却相应降低。 当荷载达到最大力F后，示力指针由最大力F缓慢回转时，试样上某一部位开始产生局部伸mm 长和颈缩，在颈缩发生部位，横截面面积急剧缩小，继续拉伸所需的力也迅速减小，拉伸曲线开始下降，直至试样断裂。此时通过测量试样断裂后的标距长度L和断口处最小直径d，计算断后最小uu截面积(S)，由计算公式 u L,LS,S00uu 、 A,，100%Z,，100%LS00 即可得到试样的断后伸长率A和断面收缩率Z。 2、铸铁(典型的脆性材料) 脆性材料是指断后伸长率A,5, 的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。而且，大多数脆性材料在拉伸时的应力,应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，也不会出现屈服和颈缩等现象(如图2,2b所示)，只有断裂时的应力值——强度极限。 铸铁试样在承受拉力、变形极小时，就达到最大力F而突然发生断裂，其抗拉强度也远小于低m L,L0u碳钢的抗拉强度。同样，由公式R=F/S 即可得到其抗拉强度R，而由公式则A,，100%mm0mL0可求得其断后伸长率A。 [试验步骤] 一、低碳钢拉伸试验 1、试样准备: 为了便于观察标距范围内沿轴向的变形情况，用试样分划器或标距仪在试样标距L范围内每隔0 5 mm刻划一标记点(注意标记刻划不应影响试样断裂)，将试样的标距段分成十等份。 用游标卡尺测量标距两端和中间三个横截面处的直径，在每一横截面处沿相互垂直的两个方向各测一次取其平均值，用三个平均值中最小者计算试样的原始横截面积S(计算时S应至少保留四00位有效数字)。 2、试验机准备: 根据低碳钢的抗拉强度R和试样的原始横截面积S估计试验所需的最大荷载，并据此选择合适m0 的量程，配上相应的砝码砣，做好试验机的调零(注意:应消除试验机工作平台的自重)、安装绘图纸笔等准备工作。 3、装夹试样: 先将试样安装在试验机的上夹头内，再移动试验机的下夹头(或工作平台、或试验机横梁)使其达到适当位置，并把试样下端夹紧(注意:应尽量将试样的夹持段全部夹在夹头内～并且上下要对称。完成此步操作时切忌在装夹试样时对试样加上了荷载)。 4、检查试车: 请教师检查以上步骤完成情况，然后启动试验机，预加少许荷载后(对应的应力不能超过材料 的比例极限)，卸载回至零点，以检查试验机工作是否正常。同时消除试样在夹头中的滑移对绘制拉伸图曲线的影响。 5、进行试验: 开动试验机使之缓慢匀速加载(依据规范要求～在屈服前以6,60 MPa/s的速率加载)，并注意观察示力指针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象。当主动针不动或倒退时说明材料开始屈服，记录上屈服点F(主动针首次回转前的最大力)和下屈服点F(屈服过程中不计初始瞬时效eHeL 应时的最小力或主动针首次停止转动的恒定力)，具体情况如图2,4所示(说明:前所给出的加载速率是国标中规定的测定上屈服点时应采用的速率～在测定下屈服点时～平行长度内的应变速率应在0.00025，0.0025?s之间～并应尽可能保持恒定。如果不能直接控制这一速率～则应固定屈服开始前的应力速率直至屈服阶段完成)。 图2,4 屈服荷载的确定 根据国标规定，材料屈服过后，试验机的速率应使试样平行长度内的应变速率不超过0.008/s。在此条件下继续加载，并注意观察主动针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象(强化、冷作硬化和颈缩等现象——在强化阶段的任一位置卸载后再加载进行冷作硬化现象的观察,此后～待主动针再次停止转动而缓慢回转时～材料进入颈缩阶段～注意观察试样的颈缩现象)，直至试样断裂停车。记录所加的最大荷载F(从动针最后停留的位置)。 m 6、试样断后尺寸测定: 取出试样断体，观察断口情况和位置。将试样在断裂处紧密对接在一起，并尽量使其轴线处于同一直线上，测量断后标距L和颈处的最小直径d(应沿相互垂直的两个方向各测一次取其平均值)，uu 计算断后最小横截面积S。 u 注意:在测定L时，若断口到最u 临近标距端点的距离不小于1/3L，则0 直接测量标距两端点的距离;若断口 到最临近标距端点的距离小于1/3L，0 则按图2,5所示的移位法测定:符合 图(a)情况的，L=AC+BC，符合图u (b)情况的，L=AC+BC;若断口u1 非常靠近试样两端，而其到最临近标 距端点的距离还不足两等份，且测得 的断后伸长率小于规定值，则试验结 果无效，必须重做。此时应检查试样 的质量和夹具的工作状况，以判断是 否属于偶然情况。 7、归整实验设备: 卸回油缸中的液压油，取下绘记 图2,5 移位法测量L录图纸，请教师检查试验记录，经认u 可后清理试验现场和所用仪器设备， 并将所用的仪器设备全部恢复原状。 二、铸铁拉伸试验 1、测量试样原始尺寸: 测量方法要求同前，但只用快干墨水或带色涂料标出两标距端点，不用等分标距段。 2、试验机准备:(要求同前)。 3、安装试样:(方法同前)。 4、检查试验机工作是否正常:(检查同前～但勿需试车)。 5、进行试验: 开动试验机，保持试验机两夹头在力作用下的分离速率使试样平行长度内的应变速率不超过0.008/s的条件下对试样进行缓慢加载，直至试样断裂为止。停机并记录最大力F。 m 6、试样断后尺寸测定: 取出试样断体，观察断口情况。然后将试样在断裂处紧密对接在一起，并尽量使其轴线处于同一直线上，测量试样断后标距L(直接用游标卡尺测量标距两端点的距离)。 u 7、归整实验设备: 卸回油缸中的液压油，取下绘记录图纸，请教师检查试验记录，经认可后清理试验现场和所用仪器设备，并将所使用的仪器设备全部复原。 8、结束试验: 完成全部测量后，将试验数据记录、试验机所绘的曲线图和实验卡片一并交指导教师检查验收、 签字认可后方可离开实验室。 [试验数据记录](参考记录 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 ) 表2,1、试样原始尺寸 /mm 直 径 d0原始横截面标 距 材 料 面积 截面I 截面II 截面III L/mm 02S/mm 0平均 平均 平均 1 2 1 2 1 2 低碳钢 50.00 铸 铁 50.00 表2,2、试验数据记录 单位:KN 材 料 上屈服荷载F下屈服荷载F屈服荷载F最大荷载 FeH eL e m 低 碳 钢 铸 铁 ? ? ? 表2,3、试样断后尺寸 /mm 断后缩颈处最小直径d标 距u断后最小横截 断后伸长 材 料 2L/mm L,L/mm 面积S/mm uu0平均 u1 2 低碳钢 铸 铁 ? ? ? ? [数据处理] 上屈服强度 下屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 断面收缩率 材 料 R/MPa R/MPa R/MPa A/, Z/, eHeLm 低碳钢 铸 铁 ? ? [实验报告要求] 1、进行数据处理，求出低碳钢及铸铁的各项力学性能指标。 2、绘出低碳钢及铸铁试样断裂后的形状示意图和σ,ε曲线示意图。 3、按标准格式写出完整的实验报告(内容一定要完整全面)。 备注:仪器自动绘制的F,ΔL图必须随报告一起交上(要注明本小组编号)。 [思考题] 1、什么叫比例试样,它应满足什么条件,国家为什么要对试样的形状、尺寸、公差和表面粗糙度等做出相应的规定, 2、参考试验机自动绘图仪绘出的拉伸图，分析低碳钢试样从加力至断裂的过程可分为哪几个阶段,相应于每一阶段的拉伸曲线各有什么特点, *3、为什么不顾试样断口的明显缩小，仍以原始截面积S计算低碳钢的抗拉强度R呢, 0m 4、有材料和直径均相同的长试样和短试样各一个，用它们测得的断后伸长率、断面收缩率、下屈服强度和抗拉强度是否基本相同,为什么, 5、低碳钢试样拉伸断裂时的荷载比最大荷载F要小，按公式R=F/S计算，断裂时的应力比Rm0m小。为什么应力减小后试样反而断裂, *6、铸铁试样拉伸试验中，断口为何是横截面,又为何大多在根部, 7、对于低碳钢材料的拉伸试验，当其断口不在标距长度中部三分之一区段内时，为什么要采用断口移中法测量断后标距, *8、由拉伸试验测定的材料机械性能在工程上有何使用价值, 金属材料的压缩试验 [实验目的] 1、测定低碳钢的压缩屈服极限σ。 sc 2、测定铸铁的抗拉强度σ。 bc 3、观察并分析两种材料在压缩过程中的各种现象(主要是变形和破坏形式)。 4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)压缩机械性能的特点。 [使用设备] 万能试验机、游标卡尺等。 [试样] 本试验我们采用机加工的侧向无约 束的φ10×20的圆柱体低碳钢试样和φ 10×15的圆柱体铸铁试样(见图3,1)。 [实验原理] 图3,1 侧向无约束圆柱体试样 将试样放在试验机的两压板之间，开 动试验机缓慢进行加载，使试样受到缓慢增加的压力作用，示力指针缓慢匀速转动，并利用试验机的绘图装置自动绘出压缩图(见图3,2)。 由于试样两端不可能理想的平行，试验时必须使用球形承垫(见图3,3)，并且试样应置于球形承垫中心，藉以球形承垫的自动调节作用实现试样的轴向受压。 (a)低碳钢压缩图 (b)铸铁压缩图 图3,3 压缩试验时 的球形承垫 图3,2试验机绘出的压缩图 1、低碳钢的压缩 试样开始变形时服从虎克定律，压缩曲线呈直线(见图3,2a)。在开始出现变形增长很快的非线性小段时，表示材料到达了屈服，但这时并不象拉伸那样有明显的屈服阶段，只是示力指针暂停转动或稍有返回，这暂停或返回的最小值即为压缩屈服荷载P。此后，图形呈曲线上升，材料产生sc 显著的残余变形，试样长度显著缩短，而直径增大。由于试验机压板与试样两端面之间的摩擦力，使试样两端的横向变形受到阻碍，因而试样被压成鼓形。随着荷载的逐渐增加，塑性变形迅速增长，试样的横截面面积也随之增大，而增大的面积又能承受更大的荷载，因此试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼状而不破裂，所以无法测出其最大荷载P和抗压强度σ。 bcbc 根据测出的压缩屈服荷载P，由公式σ=P/S即可求出材料的压缩屈服极限。 scscsc0 2、铸铁的压缩 铸铁试样在压缩时与拉伸明显不同，其压缩曲线上虽然仍没有明显的直 线阶段和屈服阶段，但曲线明显变弯(见图3,2b)，表明试样在达到最大荷 载P前就出现了明显的塑性变形，而其最大荷载P也要比拉伸时的P大bcbcb 很多倍。当荷载达到最大荷载P后稍有下降，然后破裂，并能听到沉闷的bc 破裂声。 0铸铁试样破裂后呈鼓形，并在与轴线大约成45角的斜面上破裂(见图3 ,4)，此破坏主要是由剪应力引起的。 由公式σ= P/S即可求出材料的抗压强度。 bcbc0图3,4 铸铁试样 压缩下的破坏 [实验步骤] 1、样尺寸测量: 用游标卡尺在试样标距中点处两个相互垂直的方向上测量直径，取其算术平均值，并计算其截面面积S。 0 2、试验机准备: 估计试验所需的最大荷载，选择合适的量程，配以相应的砝码砣，然后指针调零，并调整上下压板间距离合适，检查绘图装置工作是否正常。 3、安装试样: 将试样准确地置于下垫板中心(要注意试样纵轴中心线应与压头轴线重合)。 4、进行试验: 上升活动平台，使试样与上压板缓慢接触，并保证匀速加载。根据国标规定，在弹性(或接近弹性)范围，采用控制应力速率的方法，其速率控制在1,10 MPa/s范围内;在明显塑性变形范围，采用控制应变速率的方法，其速率控制在0.0005,0.0001/s范围内。对于低碳钢试样，在加载过程中要注意观察示力指针的转动情况和绘图纸上的压缩图(同时注意控制送油阀使送油速率合适～若送油速率太快就观察不到屈服时指针的停顿或返回～若送油速率太慢则在材料尚未屈服时指针也会停顿～无法准确地判断真实的屈服)，以便及时而正确地测定屈服荷载P，并记录下来。超过屈服阶段sc 后，继续加载，使试样稍压扁即可停止试验。对于铸铁试样，加载至试样破坏为止，并记录最大荷载P。 bc 5、归整实验设备: 取下试样，观察试样破坏后的形状和断口形貌，并测量其尺寸。 6、结束试验: 完成全部测量后，将试验数据记录、试验机所绘的曲线图和实验卡片一并交指导教师检查验收、 签字认可后方可离开实验室。 [数据记录] 表3,1、试样原始尺寸 /mm 直 径 d长 度 0横截面积材 料 2L/mm S/mm 0平 均 01 2 低 碳 钢 铸 铁 表3,2、 试验数据记录及处理 屈服荷载 屈服极限 最大荷载 材 料 抗压强度σ/MPa bcP/KN σ/MPa P/KNscscbc 低碳钢 ? ? 铸 铁 ? ? 表3,3、试样破坏后尺寸 /mm 最 大 直 径 d1断面角度 材 料 长度L/mm 1α/? 平 均 1 2 铸 铁 [实验报告要求] 1、按要求进行数据处理。 2、按标准格式书写出完整的实验报告(内容要完整全面)。 3、实验报告中要画出试样破坏后形状示意图(特殊断面的正视图～按试样破坏后尺寸取一定比 例画～并标出裂纹位置)。 04、分析说明为什么低碳钢压缩时测不出P，而铸铁压缩时会在与轴线大约成45角的斜面上破bc 坏, [思考题] *1、在压缩试验中，对压缩试样有何要求,为什么, 2、分别比较低碳钢和铸铁在轴向拉伸和压缩下的力学性能。 3、根据低碳钢和铸铁的拉伸及压缩试验结果，比较塑性材料与脆性材料的力学性能以及它们的 破坏形式，并说明它们的适用范围。 04、为什么铸铁试样在压缩时沿着与轴线大致成45角的斜截面破坏,其破坏形式说明了什么, 5、低碳钢拉伸时有P，而压缩时测不出P ，为什么还说它是拉压等强度材料，而说铸铁是拉压不bbc 等强度材料,