拉伸、压缩、扭转实验

一．实验目的

1．测定低碳钢拉伸时的屈服极限ReL，强度极限Rm，断后伸长率A11.3和断面收缩率Z； 2．测定铸铁拉伸时的强度极限Rm；

3．观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等），并绘出拉伸曲线； 4．观察并比较低碳钢、铸铁压缩时的变形和破坏现象； 5．观察并比较低碳钢、铸铁扭转时的变形和破坏现象；

6．熟悉试验机和其他有关仪器的使用。

二．实验仪器和设备

1．CSS-44100电子万能材料试验机，见图1.1； 2．CSS-44300万能材料试验机； 3．ND-500C电子扭转试验机； 4．游标卡尺及划线机；

5．拉伸试件、压缩试件、扭转试件。

三．实验原理和方法

1．拉伸实验原理和方法

图1.1 电子万能材料试验机

本实验是通过拉伸试验来确定低碳钢材料的拉伸力学性能Rel、Rm、A11.3、Z 和铸铁材料的拉伸力学性能Rm。

试验试件采用按国标（GB6397-86）加工成的标准圆截面试件，如图1.2所示，取

L0?10d0

L0 — 试件原始标距； d0 — 试件原始直径 。

图1.2 拉伸试件

用CSS-44100电子万能试验机对试件加载，根据（GB228-2002）对试件进行测定。试验时，利用CSS-44100电子万能试验机的计算机操作系统，输入有关参数，从计算机显示器上可观察到试件的整个拉伸过程。

对于低碳钢，有四个阶段（弹性、屈服、强化、颈缩阶段）。屈服阶段（B’-C）常呈锯齿形，如图1.3所示。上屈服点B’受变形速度和试件形式等影响较大，而下屈服点B则

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比较稳定，故工程中均以 B点所对应的载荷作为材料的屈服载荷Fs ，称为下屈服载荷Fsl。过了屈服阶段，继续加载，曲线上升，直至到达D点，达到最大载荷值Fm，工程中Fm即为强度极限Rm所对应的载荷。过了D点，拉伸曲线开始下降，这时可观察到试件在某一截面附近产生的局部变形，既有颈缩现象，直至E点试件断裂。

对于铸铁，由于拉伸时的塑性变形很小，因此在变形（主要是弹性变形）很小时，就达到了最大载荷，而突然断裂，没有屈服阶段和颈缩现象。断裂时的载荷Fm即为强度极限Rm所对应的载荷。

图1.3 拉伸曲线

根据试验测定的载荷和试件的几何尺寸，根据计算公式 ReL?FeLF Rm?m S0S0A?Lu?L0S?Su?100% Z?0?100% L0S0就可得到材料拉伸时的力学性能。

用CSS-44100电子万能材料试验机进行材料的拉伸性能测定时，不但可以绘出被测材料的拉伸曲线图，根据测得的载荷计算得到Rel、Rm、A11.3、Z指标，同时可以直接输入试件的几何尺寸及有关参数，由计算机计算得到Rel、Rm、A11.3、Z。 2．拉伸实验步骤 1) 试件准备 * 低碳钢试件

(a). 在低碳钢试件长度L0=100mm的标距内，用刻线机每隔10mm刻一圆周线，即在

长度标距内均匀地分为10格，以便观察试件变形沿轴向分布的情况和计算断后伸长率。铸铁试件不需要划圆周线。 (b). 用游标卡尺在标距两端和中间部位，分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径，

并计算这三处的平均值，取其最小值作为试件直径d0。 * 铸铁试件

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用游标卡尺在试件两端和中间部位，分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径，并计算这三处的平均值，取其最小值作为试件直径d0。

分别对低碳钢试件、铸铁试件进行试验。

2) 试验机准备

根据CSS-44100电子万能材料试验机的试验步骤，打开EDC系统电源，打开计算机，根据计算机提示（祥见CSS-44100电子万能材料试验机试验操作说明），输入有关参数，系统进入试验状态。 3) 安装试件

先将试件装夹在上夹头中，然后操作手动盒移动横梁至合适位置，把试件下端夹

持在下夹头中。 4) 进行实验

根据计算机提示（或根据计算机操作详细说明）进行试验，直至试件拉断，系统退出试验状态。对于低碳钢试件则进行下一步；对于铸铁试件则根据计算机提示打印拉伸曲线图和试验结果。

5) 低碳钢试件断后标距测量和断口直径测量（铸铁试件没有这一步） (a). 测量断后标距

将被拉断试件的两段断口对齐并靠紧，如果断口到邻近标距点的距离大于1/3L0，则用游标卡尺直接测量断后的标距长度，此长度即为Lu。若断口到邻近标距点的距离小于1/3L0，则需进行断口移中计算，计算所得长度即为断后标距Lu。 (b). 测量断口直径

在断口处（即颈缩最细处）沿互相垂直方向各测量一次直径，取其平均直径du。将Lu、du根据计算机提示输入。根据计算机提示打印出低碳钢的拉伸曲线图和试验结果。

四．压缩、扭转实验原理和方法

本次实验对压缩和扭转实验的要求是观察其变形过程和破坏现象，并分析引起破坏的原因，因此实验原理和方法不在此祥叙。

五．实验结果处理

1．以表格形式处理实验结果，计算低碳钢材料的拉伸力学性能Rel、Rm、A11.3、Z 和铸铁材料的拉伸力学性能Rm。

2．绘出低碳钢材料和铸铁材料拉伸、压缩、扭转破坏断口简图。 3．附电子万能材料试验机拉伸曲线图。 附实验数据记录和结果处理参考表

六．思考题

1．测定材料的力学性能为什么要用标准试件？ 2．材料拉伸时有哪些力学性能指标？

3．测定断后伸长率A11.3 时，若断面邻近标距点的距离小于或等于1/3L0时，应如何处

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理？

4．试述低碳钢、铸铁拉伸、压缩、扭转时，主要是由哪些应力引起破坏的，为什么？ 5．规定微量塑性伸长应力指标Rp、Rr、Rt是在受力还是在卸力的情况下测定的？

Rp0.2和Rr 0.2有何区别？

实验数据参考表

1．试件原始尺寸 直 径 d0 （mm） 材 料 标距 截面Ⅰ 截面Ⅱ 截面Ⅲ L0 （mm） 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 最小横截面 面积S0 （mm） 低碳钢 铸铁 / 2．实验数据 材料 屈伏载荷 （N） 最大载荷（N） 拉断后标距 （mm） 颈缩处直径 （mm） 1 铸铁 3．试验结果 强度指标 材 料 Rel 低碳钢 铸铁

（MN/m2） （MN/m2） 颈缩处横截面面积 （mm2） 低碳钢 2 平均 / / / / 塑性指标 断口形状 A％ Z％ Rm / / / 4