金属材料常规力学性能相关实验.ppt

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1、金属材料常规力学性能综合测定实验实验时间:3小时实验任务1.测定拉伸时低碳钢的、、、；铸铁的;测定压缩时铸铁的和低碳钢的。2.测定扭转时低碳钢的、;测定扭转时铸铁的实验要求1.初步掌握金属材料机械性能的测试方法。2.观察、比较、总结低碳钢与铸铁材料力学性能的特点与差别。教学重点：比较低碳钢与铸铁的力学性能。教学难点：低碳钢扭转屈服极限及强度极限。实验设备：1.游标卡尺；2.金属拉伸试样标距仪；3.ＷＥ－１０Ａ万能材料试验机;4.扭转试验机。实验原理低碳钢拉伸：低碳钢拉伸分为四个阶段：即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。强度指标有：

2、屈服极限：（名义应力）强度极限：（名义应力）塑性指标有：断面延伸率：断面收缩率：为塑性材料为脆性材料测量时，请注意断口移中的问题。铸铁的拉伸：铸铁拉伸没有屈服极限，只有唯一指标是强度极限：低碳钢的压缩：低碳钢的压缩与拉伸类似，只是没有强度极限，只有屈服极限：铸铁的压缩：铸铁的压缩只有强度极限：低碳钢扭转：扭矩T和扭转角φ之间的关系曲线如下图所示：它与拉伸图相似，曲线上的OA段为直线，表示φ与T成正比，材料服从虎克定律。Tφ0ＡＢＣTT=TSdρρTT≤TρTρ

3、能力强，抗剪能力差，故从横断面剪断。铸铁扭转：铸铁抗剪能力强，抗拉能力差，由于，故沿着方向成45°方向的螺旋线拉断。Tφ0实验步骤拉、压实验：1.测定试样直径：拉伸时取试样三个截面（两端及中间），在相互垂直两个方向各测量一次直径，取其算术平均值表示该处直径，取三次算术平均值中的最小值作为试样计算直径。压缩时，在试样的长度中央取一处予以测量，在相互垂直两个方向各测量一次直径，取其算术平均值作为试样的计算直径。2.将试样放在金属拉伸试样标距仪上打标记每１０mm打一个标记，共打１１个标记。3.选择测力范围：ＷＥ－１０Ａ万能材料试验机共有１００

4、ＫＮ、５０ＫＮ、２０ＫN三个读盘。根据附录Ⅱ查得低碳钢（Ｑ２３５Ａ级）的强度极限为３７５~４６０ＭＰa、灰口铸铁的压缩强度极限为６４０~１３００ＭＰa。试样横截面面积约为７８.５mm２由，可估算出拉伸试验最大载荷在３０ＫＮ~３５ＫＮ之间；压缩试验最大载荷在５０ＫＮ~１００ＫＮ之间。因此，做拉伸试验时选择５０ＫＮ的读数盘，做压缩试验时选择１００ＫＮ的读数盘。并在摆杆上配置相应的摆锤使与所选用的测力度盘相匹配。４．装好绘图仪：选择合适的绘图比例，将记录笔装在笔架上，记录纸卷于卷纸筒上。5.指针调零：①先开动油泵电动机，打开送油阀，将活动平台

5、上升起少许，然后关闭油阀。②转动摆杆上的平衡铊，使摆杆保持铅垂位置。③再转动水平齿杆，使指针对准“零”点。6.安装试样：拉伸时先将试样安装在试验机的上夹头内，此时下夹头不得夹住试样，再开动下夹头升降电动机，调整下夹头位置，把试样夹紧。压缩时，将试样置于试验机的活动平台球形承垫的中心位置上。7.进行试验：控制试验机进油阀，用适当的速度对试样加力。注意观察测力指针的转动，自动绘图的情况和相应的实验现象。读取屈服荷载ＦＳ和极限荷载Ｆb。试验结束后，取下试样，观察断口形状。①低碳钢拉伸断口形状为杯锥状，在拉伸试样断口的边缘部分基本上与轴线成４５

6、°方向，这显然是由剪应力引起的破坏断口中心部分与轴线垂直，这显然是由三向拉应力引起的破坏。②铸铁的拉伸断口形式与轴线垂直的平断口，这是由于铸铁的抗拉能力最差，是由拉应力引起的破坏。③低碳钢压缩成鼓形。由于低碳钢压缩时会产生很大的横向变形，但由于试样两端面与试验机支承垫板间存在磨擦力，约束了这种横向变形，故试样出现显著的鼓胀。④铸铁的压缩断口与轴线大约成４５°~５５°的方向上发生破裂。这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，从而使试样被剪断。Ｌ１和d１的测定：把两节试样对接好后，量取其长度与直径。１．测定试样直径：取试样三个截面（两端及

7、中间），在相互垂直两个方向各测量一次直径，取其算术平均值表示该处直径，取三次算术平均值中的最小值作为计算直径。扭转实验步骤２.选择测力范围:ＮＪ－１００型扭转试验机共有１０００Ｎm、５００Ｎm、２００Ｎm、１００Ｎm四个读数盘。由实验原理的单元体可知，在４５°方向上的拉应力最大。且，在书上查不到最大剪应力，就查最大拉应力即可。根据附录Ⅱ查得低碳钢（Ｑ２３５Ａ级）的强度极限为375—４６０ＭＰa。试样的抗扭截面模量为１９６.９４mm３。由，可估算出扭转试验最大载荷为９8.5—121Ｎm。考虑到试样材料的不均匀性，选择２００Ｎm的读数盘，并

8、把量程选择手轮转到２００Ｎm上。３．装好自动绘图器的笔和纸，打开绘图器。４．安装试样：先将试样一端装在固定夹头中，（在装试样时，请注意试样对中的问题。试样如不对中，则试样受力后，不但受到扭转的力，而且还会受