低碳钢和铸铁扭转实验

实验编号3 低碳钢和铸铁扭转实验

低碳钢和铸铁扭转破坏试验

一、概述

工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。材料在扭转变形下的力学性能只能通过试验来测定；扭转变形是构件的基本变形之一。因此扭转试验也是材料力学基本实验之一。

二、实验目的

1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs，及低碳钢铸铁的剪切强度极限τ b

2、铸铁的抗扭强度极限τb

3、观察、比较分析两种材料在扭转过程中变形和破坏形式。

4、学习自动绘制T－υ曲线及微机控制电子扭转实验机、扭角仪的操作

三、实验设备和仪器

1、微机控制电子扭转实验机

2、游标卡尺

3、低碳钢和铸铁圆形扭转试件

四、试件

扭转试验所用试件与拉伸试件的标准相同，一般使用圆形试件，d0=10mm，标距l0=50mm或100mm,平行长度l为70mm或120mm。其它直径的试样，其平行长度为标距长度加上两倍直径。为防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形，如图3-1所示。

图3-1

五、实验原理

扭转试验是材料力学试验最基本、最典型的试验之一。进行扭转试验时，把试件两夹持端分别安装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中，开启试验机，试件便受到了扭转荷载，试件本身也随之产生扭转变形。扭转试验机上可以直接读出扭矩M和扭转角υ，同时试验机也自动绘出了M—υ曲线图，一般υ是试验机两夹头之间的相对扭转角。扭转试验的标准是GB/T10128-1988。

因材料本身的差异，低碳钢扭转曲线有两种类型，如图3-2所示。扭转曲线表现为弹性、屈服和强化三个阶段，与低碳钢的拉伸曲线不尽相同，它的屈服过程是由表面逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区。当横截面的应力全部屈服后，试件才会全面进入塑性。在屈服阶段，扭矩基本不动或呈下降趋势的轻微波动，而扭转变形继续增加。当首次扭转角增加而扭矩不增加（或保持恒定）时的扭矩为屈服扭矩，记为M s；首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩，记为M su；屈服阶段中最小的扭矩为下屈服扭矩，记为M sL（不加说明时指下屈服扭矩）。对试件连续施加扭矩直至扭断，从试验机扭矩标识上读得最大值。考虑到整体屈服后塑性变形对应力分布的影响，低碳钢扭转屈服点和抗扭强度理论上应按下式计算。

τs=M s/Wρτb=M b/Wρ

图3-2低碳钢图3-3铸铁

铸铁试件扭转时，其扭转曲线不同于拉伸曲线，它有比较明显的非线性偏离，见图（3-3）。但由于变形很小就突然断裂，一般仍按弹性公式计算铸铁的抗扭强度，即

τb=M b/Wρ

圆形试件受扭时，横截面上的应力应变分布如图3-4b、c所示。在试件表面任一点，横截面上有最大切应力τ，在与轴线成±45的截面上存在主应力σ1=τ，σ3=-τ（见图3-4a）。低碳钢的抗剪能力弱于抗拉能力，试件沿横截面被剪断。铸铁的抗拉能力弱于抗剪能力，试件沿与σ1正交的方向被拉断。

图3-4

六、实验步骤

1．开机：试验机——>打印机——>计算机

注意：每次开机后，最好要预热10分钟，待系统稳定后，再进行试验

工作。若刚刚关机，需要再开机，至少保证1分钟的时间间隔。

2．双击电脑桌面图标，进入试验软件，选择好联机的用户名和密码

选择对应的传感器及扭角仪后击。

3．根据试样情况准备好夹具，若夹具已安装到试验机上，则对夹具进行检查,并根据试样的长度及夹具的间距设置好限位装置。

4．点击里的新试验，选择相应的试验方案，输入试样的原始用户参数如尺寸等。测量试样的尺寸方法为：用游标卡尺在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在互相垂直方向各测量一次，取其平均值。用三个平均值中最小者计算Wρ

5．划线：在试件的两端和中间用彩色粉笔画三个圆周线，并沿试件表面划一母线，以便观察低碳钢扭转时的变形情况（铸铁变形较小不用画此线）。6．装夹试样

7．先按“对正”按键，使两夹头对正。如发现夹头有明显的偏差，请按下“正传”或“反转”按键进行微调。

8．将已安装卡盘的试样的一端放入从动夹头的钳口间，扳动夹头的手柄将试样夹紧。

9．按“扭矩清零”按键或试验操作界面上的扭矩“清零”按钮。

10．推动移动支座移动，使试样的头部进入主动夹头的钳口间。

11．先按下“试样保护”按键，然后慢速扳动夹头的手柄，直至将试样夹紧。

12．按“扭转角清零”按键，（点击扭角窗口的按钮）使计算机显示屏上的扭转角显示值为零。

13．将测量辊放在卡盘上。

14．点击，开始自动试验，软件自动切换到试验界面。

15．观察试验过程

16．试验结束，在试验结果栏中，程序将自动计算出结果显示在其

中。如果想清楚的观看结果，可双击试验结果区，试验结果区将放大到半屏，方便观看结果数据，再次双击，试验结果区大小复原。如果想分析曲线，双击曲线区，曲线区将放大到半屏，方便分析曲线，再次双击，曲线区大小复原。

17、实验完成后，点击,打印试验报告。

18、关闭试验窗口及软件；

关机：试验软件——>试验机——>计算机。

七、结果整理

1、计算低碳钢的剪切屈服极限 τs =s

M W ρ

强度极限 τb =

b

M W ρ 2、铸铁的强度极限 τb =

s M W ρ 式中W ρ=16π

d 3是试件的抗扭截面模量。

八、预习要求：

1、复习课程中的扭转理论。

2、阅读扭转实验指导书。

九、思考题

1、低碳钢拉伸和扭转的断裂方式是否一样？破坏原因是否一样？

2、铸铁在压缩破坏和扭转破坏试验中，断口外缘与轴线夹角是否相同？破坏原因是否相同？

3、分析低碳钢拉伸曲线与扭转曲线的相似处和异同点？

实验一 低碳钢及铸铁的拉伸试验

实验一 低碳钢及铸铁的拉伸试验 一、实验目的 1、通过拉伸破坏试验观察、分析低碳钢和铸铁的拉伸过程，比较其机械性能。 2、测定材料的强度指标和塑性指标。 二、实验设备 1、WEW-600屏显万能材料试验机或WE-B600液压万能材料试验机 2、千分尺、游标卡尺、直钢尺 三、试样的制备 一般拉伸试样由三部分组成，即工作部分、过渡部分和夹持部分。工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态。均匀部分的有效工作长度L 0称做标距，d 0、A 0分别代表工作部分的直径和面积,它们的 关系规定为L 0= k 0A 。为了使各种材料试件的尺寸和形状按国家统一规定，取试件直径d 0=10mm 标距L 0=10d 0或L 0=5d 0。 四、实验原理及方法 常温下的拉伸实验可以测定材料的弹性模量E 、屈服极限σs 、强度极限σb 、延伸率δ和断面收缩率Ψ等力学性能指标，这些参数都是工程设计的重要依据。 1、低碳钢弹性模量E 的测定 由材料力学可知，弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即 E=εσ 因为σ=P /A, ε=ΔL/L 0，所以弹性模量E 又可表示为 E=L A PL 0 ? 式中： E —材料的弹性模量，σ —应力，ε —应变，P —实验时所施加的载荷 A —以试件直径的平均值计算的横截面面积，L 0—引伸仪标距 ΔL —试件在载荷P 作用下，标距L 0段的伸长量。 可见在弹性变形范围内，对试件作用拉力P ，并量出拉力P 引起的标距内伸长ΔL ，即可求得弹性模量E 。

实验时，如使用WEW-600屏显万能材料试验机，它采用电子测量技术，由计算机对数据进行处理，屏幕显示试验力和变形。 如使用WE-B600液压万能材料试验机，拉力P 值由试验机读数盘示出，标距L 0=50mm （不同引伸仪标距不同），试件横截面面积A 可算出，只要测出标距段的伸长量ΔL ，就可得到弹性模量E 。 在弹性变形阶段内试件的变形很小，标距段的变形（伸长量ΔL ）需用放大倍数为200倍的球铰式引伸仪来测量。为检验载荷与变形之间的关系是否符合胡克定律，并减少测量误差，实验时一般用等增量法加载，即把载荷分成若干个等级，每次增加相同的载荷ΔP ，逐级加载。为保证应力不超出弹性范围，以屈服载荷的70%-80%作为测定弹性模量的最高载荷n P 。此外，为使试验机夹紧试件，消除试验机构的间隙等因素的影响，对试件应施加一个初始载荷P 0（本实验中P 0=2.0KN ）。 实验过程中，从P 0到 n P 逐级加载，载荷的每级增量均为ΔP 。对应着每级载荷P i ，记录相应的伸长i L ?，1+?i L 与i L ?之差即为变形增量()i L ??，它是p ?引起的变形（伸长） 增量。在逐级加载中，如果得到的 ()i L ??基本相等，则表明ΔL 与P 为线性关系，符合虎克定理。完成一次加载过程，将得到P i 和i L ?的一组数据，按平均法计算弹性模量，即 ()L A L P E ??????=0200其中[]()i n i L n L ∑=??=??11为变形增量的 平均值；200为测量变形的放大倍数。 2、 屈服极限σs 、强度极限σb 的测定 测定弹模后继续加载使材料到屈服阶段，进入屈服阶段时，载荷常有上下波动，其中较大的载荷称为上屈服点，较小的称为下屈服点。一般用第一个波峰的下屈服点表示材料的屈服载荷P S ，它所对应的应力为屈服极限σs 。 屈服阶段过后，材料进入强化阶段，试件又恢复了承载能力。载荷达到最大值P b 时，试件某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象。这时载荷迅速下降，试件即将被拉断，这时所示的载荷即为破坏载荷P b ，它所对应的应力叫强度极限σb 。 即 0A P s s = σ， 0A P s s =σ 其中20041d A π=，0d 为最小直径。 3、 延伸率δ和断面收缩率Ψ的测定

实验三_低碳钢、铸铁扭转试验

实验三低碳钢、铸铁扭转试验 一、实验目的 1．测定铸铁的扭转强度极限τm 2．测定低碳钢材料的扭转屈服极限τeL及扭转条件强度极限τm。 3．观察比较两种材料的扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。 二、实验原理 扭转破坏试验是材料力学实验最基本最典型的实验之一。将试件两端夹持在扭转试验机夹头中。试验时，一个夹头固定不动，另一夹头绕轴转动，从而使试件产生扭转变形，同时，试件承受了扭矩M n。 从试验机可读得相应的扭矩M n和扭转角υ，试验机可自动绘出M n-υ曲线图。 对于低碳钢材料M n-υ曲线有两种类型，如图3-1所示。 M M M m M 图3-1 低碳钢M-υ曲线 (a) (b) (c) 图3-2 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图 低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩M n与扭转角υ成正比关系，横截面上剪应力沿半径线性分布如图3-2a所示。随着扭矩M n的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限 s τ且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区见图3-2b 。但中心部分仍是弹性的。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区如图3-2C所示。在M-υ曲线上出现屈服平台见图3-1。试验机指针基本不动此时对应的扭矩即为屈服扭矩M eL。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升而无下降情况，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m。扭转屈服极限τm按下式计算，即 3 , 4 eL eL p M W τ= 3 4 m m p M W τ=（3-1） M m

式中316d W p π =为试件抗扭截面模量。 铸铁受扭时，在很小的变形下发生破坏。图3-3为铸铁材料的扭转图。从扭转开始直到破坏为止，扭矩M n 与扭转角近似成正比关系，且变形很小。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m ，可据下式计算出扭转强度极限τm ，即 p b b W W =τ （3-2） 试件受扭，材料处于纯剪应力状态如图3-4所示。在与杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应为σ1=τ，σ3=-τ的作用。 M n M m 图3-3 铸铁扭转图 图3-4 纯剪应力状态 根据试件扭转破坏断口形式如图3-5所示。低碳钢圆形试件的破坏断面与曲线垂直 见图3-5a ，显然是沿最大剪应力的作用面发生断裂，为剪应力作用而剪断。故低碳钢材料的抗剪能力低于抗拉（压）能力；铸铁圆形试件破坏断面与轴线成45°螺旋面 见图3-5b ，破坏断口垂直于最大拉应σ1方向，断面呈晶粒状，这是正应力作用下形成脆性断口，故铸铁材料是当最大拉应力首先达到其抗拉强度极限时，在该截面发生拉断破坏。 ( a )低碳钢：剪断 ( b )铸铁：拉断 图3-5 扭转断口示意图 三、实验设备 扭转试验机；刻度机；游标卡尺 四、试样制备 根据国家标准（GB10128-88《金属室温扭转试验方法》规定，扭转试件可采用圆形截面，也可采用薄壁管，并且推荐，对于圆形截面试件，采用直径d 0=10mm ，标距L 0=50mm 或100mm ，平行段长度L=L 0+2d 0。本试验采用圆形截面试件。

低碳钢 铸铁的扭转破坏实验报告

低碳钢、铸铁的扭转破坏实验 一：实验目的和要求 1、掌握扭转试验机操作。 2、低碳钢的剪切屈服极限τs。 3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。 4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。 二：实验设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、实验原理 1、低碳钢扭转实验 低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。 T 图1. 低碳钢材料的扭转图 1. 低碳钢材料的扭转图 τs (a) (b) (c) 图2. 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图 低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩T与扭转角φ成正比关系(见图1)，横截面上剪应力τ沿半径线性分布，如图2(a)所示。随着扭矩T的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τs且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几

乎都是塑性区，如图2(c)所示。此时在T-φ曲线上出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服扭矩T s 。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b 。由 t s d s A s s W d dA T τρπρρτρτ3 4 22 /0 ===? ?）（ 可得低碳钢材料的扭转屈服极限t s s W T 43= τ；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限t b b W T 43=τ，其中316 d W t π =为抗扭截面模量。 2、铸铁扭转实验 铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。 图3. 铸铁材料的扭转图 从扭转开始直到破坏为止，扭矩T 与扭转角近似成正比关系，且变形很小，横截面上剪应力沿半径为线性分布。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b ，铸铁材料的扭转强度极限为t b b W T = τ。 低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别，图4（a ）所示低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏；图（b ）所示铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。 图4. 低碳钢和铸铁的扭转端口形状 四、实验步骤 低碳钢实验步骤： 1. 测量试样尺寸 在试件两端及中部位置，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算个横截面面积。

低碳钢和铸铁的拉伸实验

实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验 一、实验目的要求 １．测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极 限b σ。 ２．低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（L F ?-曲 线）。 ３．比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 二、实验设备和仪器 CMT5504/5105电子万能试验机、游标卡尺等 图1-1 CMT5504/5105电子万能试验机

三、拉伸试件 金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。 为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即d l 5=或d l 10=。 对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为A l 3.11=或A l 65.5=，A 为标距段内的截面积。 低碳钢拉伸 铸铁拉伸 图1-2 拉伸试件

四、实验原理和方法 1．低碳钢拉伸实验 低碳钢试件在静拉伸试验中，通常可直接得到拉伸曲线，如图1—3所示。用准确的拉 σ-曲线。首先将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓伸曲线可直接换算出应力应变ε 慢加载(加载速度对力学性能是有影响的，速度越快，所测的强度值就越高)，试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。 图1-3 低碳钢拉伸曲线 OA段，没有任何残留变形。在弹性阶段，载荷与变形 (1) 弹性阶段是指拉伸图上的' 是同时存在的，当载荷卸去后变形也就恢复。在弹性阶段，存在一比例极限点A，对应的应σ，此部分载荷与变形是成比例的。 力为比例极限 p (2) 屈服阶段对应拉伸图上的BC段。金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志，是由切应力引起的。在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。这种载荷在一定范围内波动而试件还继续变形伸长的现象称为屈服现象。屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点。低碳钢材料存在上屈服点和下屈服点，不加说明，一般都是指下 F，即试件发生屈服而力首次下降前的最屈服点。上屈服点对应拉伸图中的B点，记为 SU F，是指不计初始瞬时效应的屈服阶段中的最小力值，注意这里的大力值。下屈服点记为 SL 初始瞬时效应对于液压摆式万能试验机由于摆的回摆惯性尤其明显，而对于电子万能试验机或液压伺服试验机不明显。

低碳钢的扭转实验

实验三扭转实验 实验项目性质：验证性 所涉及课程：材料力学 计划学时：2学时 【实验目的】 1、测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限）τeL、抗扭强度（剪切强度极限）τm。 2、测定铸铁的抗扭强度τm。 3、观察、比较和分析上述两种典型材料在受到扭转载荷时的变形和破坏形式，并对试件断口进行分析。 【实验设备】 1.微机控制电子万能试验机一台，型号WDD-LCJ-150； 2.游标卡尺； 3.记号笔； 4.低碳钢（Q235）、铸铁（HT）试件； 【实验原理】 低碳钢试件在发生扭转变形时，其T－υ曲线如图3所示，类似低碳钢拉伸实验，可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，相应地有三个强度特征值：剪切比例极限τe、剪切屈服极限τeL和剪切强度极限τm。对应这三个强度特征值的扭矩依次为T e、T eL、T m。 图3 低碳钢扭转图 在比例极限内，T与υ成线性关系，材料完全处于弹性状态，试件横截面上的剪应力沿半径线性分布。如图4(a)所示，随着T的增大，开始进入屈服阶段，

横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限，而且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环塑性区，如图4(b)所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T 仍可增加，T －υ的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区，如图4(c)所示。 (a) (b) (c) 图4低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图 在T －υ出现屈服平台，示力度盘的指针基本不动或有轻微回摆，由此可读出屈服扭矩T eL ，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出： t s W T 43eL = τ 式中为试件的抗扭截面系数。 屈服阶段过后，进入强化阶段，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形非常明显，试件的纵向画线变成螺旋线，直至扭矩到达极限扭矩值T m 进入断裂阶段，试件被剪断，由示力度盘的从动针可读出，则低碳钢扭转的剪切强度极限τm 可同下式求出： t m W T 43m = τ 2．铸铁扭转实验：铸铁在扭转实验时，变形很小就突然断裂，其T －υ曲线如图2－10所示。 图4 铸铁扭转图 从开始受扭，直到破坏，近似为一直线。没有屈服阶段和强化阶段，唯一的 s τ3 t d 16 W π= T

低碳钢、铸铁的拉伸试验

工程力学实验报告 实验名称： 试验班级： 实验组号： 试验成员： 实验日期：

一、试验目的 1、测定低碳钢的屈服点 σ，强度极限bσ，延伸率δ，断面收缩率ψ。 s 2、测定铸铁的强度极限 σ。 b 3、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉伸曲线。 4、熟悉试验机和其它有关仪器的使用。 二、实验设备 1．液压式万能实验机； 2．游标卡尺 三、设备简介 万能试验机简介 具有拉伸、压缩、弯曲及其剪切等各种静力实验功能的试验机称为万能材料试验机，万能材料试验机一般都由两个基本部分组成； 1、加载部分：利用一定的动力和传动装置强迫试件发生变形，从而使试件受到力的作用，即对试件加载。 2、测控部分：指示试件所受载荷大小及变形情况。 四、实验原理 低碳钢和铸铁是工程上最广泛使用的材料，同时，低碳钢试样在拉伸试验中所表现出的变形与抗力间的关系也比较典型。低碳钢的整个试验过程中工作段的伸长量与荷载的关系由拉伸图表示。做实验时，可利用万能材料试验机的自动绘图装置绘出低碳钢试样的拉伸图即下图中拉力F与伸长量△L的关系曲线。需要说明的是途中起始阶段呈曲线是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙造成的。大致可分为四个阶段： σe

（1）弹性阶段（Ob段） 在拉伸的初始阶段，ζ-ε曲线（oa段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（ζ p ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。 线性阶段后，ζ-ε曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全 消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（ζ e ），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。 （2）屈服阶段（bc段） 超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极 限（ζ s ）。 当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。 （3）强化阶段（ce段） 经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。 若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如d-d＇斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。 在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的 强度极限（ζ b ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷F b 。 （4）局部变形阶段（ef段） 试样拉伸达到强度极限ζ b 之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增 大至强度极限ζ b 之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现

低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告

低碳钢铸铁的扭转破坏 实验报告 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]

低碳钢、铸铁的扭转破坏实验一：实验目的和要求 1、掌握扭转试验机操作。 2、低碳钢的剪切屈服极限τs。 3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。 4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。 二：实验设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、实验原理 1、低碳钢扭转实验 低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。 T

T s 0 φ 图1. 低碳钢材料的扭转图 1. 低碳钢材料的扭转图 (a) (b) (c) 图2. 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图 低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩T 与扭转角φ成正比关系(见图1)，横截面上剪应力τ沿半径线性分布，如图2(a)所示。随着扭矩T 的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τs 且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区，如图2(c)所示。此时在T-φ曲线上出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服扭矩T s 。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b 。由t s d s A s s W d dA T τρπρρτρτ3 4 22/0 ===? ?）（ 可得低碳钢

材料的扭转屈服极限t s s W T 43= τ；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限t b b W T 43=τ，其中316 d W t π = 为抗扭截面模量。 2、铸铁扭转实验 铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。 图3. 铸铁材料的扭转图 从扭转开始直到破坏为止，扭矩T 与扭转角近似成正比关系，且变形很小，横截面上剪应力沿半径为线性分布。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b ，铸铁材料的扭转强度极限为t b b W T = τ。 低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别，图4（a ）所示低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏；图（b ）所示铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。 图4. 低碳钢和铸铁的扭转端口形状

扭转实验指导书《材料力学》新设备

实验编号3 低碳钢和铸铁扭转实验 低碳钢和铸铁扭转破坏试验 一、概述 工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。材料在扭转变形下的力学性能只能通过试验来测定；扭转变形是构件的基本变形之一。因此扭转试验也是材料力学基本实验之一。 二、实验目的 1、测定低碳钢的剪切屈服极限τ s ，及低碳钢铸铁的剪切强度极限τ b 2、铸铁的抗扭强度极限τ b 3、观察、比较分析两种材料在扭转过程中变形和破坏形式。 4、学习自动绘制T－υ曲线及微机控制电子扭转实验机、扭角仪的操作 三、实验设备和仪器 1、CTT1000微机控制电子扭转实验机(1000N.M) 2、游标卡尺 3、低碳钢和铸铁圆形扭转试件 四、试件 扭转试验所用试件与拉伸试件的标准相同，一般使用圆形试件，d =10mm， 标距l =100mm,平行长度l为120mm。其它直径的试样，其平行长度为标距长度加上两倍直径。为防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形，如图3-1所示。 图3-1 五、实验原理 扭转试验是材料力学试验最基本、最典型的试验之一。进行扭转试验时，把试件两夹持端分别安装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中，开启试验机，试件便受到了扭转荷载，试件本身也随之产生扭转变形。扭转试验机上可以直接读出扭矩M和扭转角υ，同时试验机也自动绘出了M—υ曲线图，一般υ是试验机两夹头之间的相对扭转角。扭转试验的标准是GB/T10128-1988。 因材料本身的差异，低碳钢扭转曲线有两种类型，如图3-2所示。扭转曲线

表现为弹性、屈服和强化三个阶段，与低碳钢的拉伸曲线不尽相同，它的屈服过程是由表面逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区。当横截面的应力全部屈服后，试件才会全面进入塑性。在屈服阶段，扭矩基本不动或呈下降趋势的轻微波动，而扭转变形继续增加。当首次扭转角增加而扭矩不增加（或保持恒定）时的扭矩为 屈服扭矩，记为M s ；首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩，记为M su ；屈服阶段 中最小的扭矩为下屈服扭矩，记为M sL （不加说明时指下屈服扭矩）。对试件连续 施加扭矩直至扭断，从试验机扭矩标识上读得最大值。考虑到整体屈服后塑性变形对应力分布的影响，低碳钢扭转屈服点和抗扭强度理论上应按下式计算。 τs=M s/Wρτb=M b/Wρ 图3-2低碳钢图3-3铸铁铸铁试件扭转时，其扭转曲线不同于拉伸曲线，它有比较明显的非线性偏离，见图（3-3）。但由于变形很小就突然断裂，一般仍按弹性公式计算铸铁的抗扭强度，即 τb=M b/Wρ 圆形试件受扭时，横截面上的应力应变分布如图3-4b、c所示。在试件表面 任一点，横截面上有最大切应力τ，在与轴线成±45的截面上存在主应力σ 1 =τ，σ3=-τ（见图3-4a）。低碳钢的抗剪能力弱于抗拉能力，试件沿横截面被剪 断。铸铁的抗拉能力弱于抗剪能力，试件沿与σ 1 正交的方向被拉断。 图3-4 六、实验步骤 1．开机：试验机——>打印机——>计算机 注意：每次开机后，最好要预热10分钟，待系统稳定后，再进行试验工作。若刚刚关机，需要再开机，至少保证1分钟的时间间隔。

低碳钢和铸铁拉伸试验.docx

实验编号2 低碳钢和铸铁的拉伸实验 低碳钢和铸铁拉伸试验 概述 常温，静载下的轴向拉伸试验是材料力学实验中最基本，应用最广泛的实验。通过拉伸试验，可以全面地测定材料地力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。弹性模量E是表征材料力学性能中弹性的重要指标之一，它反映了材料抵抗弹性变形的能力。这些性能指标对材料力学地分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有极其重要的作用。 二、实验目的 1、测定低碳钢的下屈服点δSL 、抗拉强度δb、断后伸长率δ、断面收缩率ψ 2、验证虎克定律，测定低碳钢的弹性模量E 3、测定铸铁的抗拉强度δb 4、观察分析两种材料在拉伸过程中的各种现象 5、学习自动绘制σ—ε曲线及微机控制电子万能实验机、电子引伸计的 操作 三、实验设备和仪器 1、微机控制电子万能实验机(IOT) 2、游标卡尺 3、低碳钢和铸铁圆形拉伸试样 四、实验原理 1、低碳钢拉伸 低碳钢拉伸实验过程分四个阶段： (1)、弹性阶段OE在此阶段中的OP段拉力和伸长成正比关系，表明钢材的应力和应 变为线性关系。完全遵循虎克定律δ= Eε，故点P的应力δP称为材料的比例极限。 如图1-1所示，当应力继续增加达到材料的弹性极限δ E 对应的E点时，应力和应变间的关系不再是线性关系，但变形仍然是弹性的，即卸除拉力后变形完全消失，工程上对弹性极限和比例极限不严格的区分它们。 (2)、屈服阶段ES,当应力超过弹性极限到达S点时，应变有明显的增加，而应力 先是下降，然后作微小的波动，在σ—ε曲线上出现锯齿形线段。这种应力基本保持不变，而应变显著增加的现象，称为屈服。在屈服阶段内的最高应力和最低应力分别称为上屈服极限和下屈服极限。上屈服极限的数值与试样形状、加载速度等因素有关，一般不稳定。下屈服极限则有比较稳定的数值，能够反应材料的性能。通常把下屈服极限称为屈服极限或屈服点，用δSL来表示。屈服应力是衡量材料强度的一个重要指标。其计算公式为δSL=F S L/A O

低碳钢和铸铁拉伸和压缩试验

低碳钢和铸铁拉伸压缩实验报告 摘要：材料的力学性能也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现的变形、破坏等方面的特性。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 关键字：低碳钢 铸铁 拉伸压缩实验 破坏机理 一．拉伸实验 1. 低碳钢拉伸实验 拉伸实验试件 低碳钢拉伸图 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：

低碳钢拉伸应力-应变曲线 （1）弹性阶段（Ob段） 在拉伸的初始阶段，ζ-ε曲线（Oa段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（ζ p ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。 线性阶段后，ζ-ε曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全 消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（ζ e ），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。 （2）屈服阶段（bc段） 超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极 限（ζ s ）。 当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。 （3）强化阶段（ce段） 经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。 若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如d-d＇斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。 在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的 强度极限（ζ b ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷F b 。 （4）局部变形阶段（ef段） 试样拉伸达到强度极限ζ b 之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增 大至强度极限ζ b 之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。 （5）伸长率和断面收缩率 试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的L变为L1。用百分比表示的比值 δ=（L1-L）/L*100% 称为伸长率。试样的塑性变形越大，δ也越大。因此，伸长率是衡量材料塑性的指标。 原始横截面面积为A的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为A1，用百分比表示的比值

扭转破坏实验实验报告

篇一：扭转实验报告 一、实验目的和要求 1、测定低碳钢的剪切屈服点?s、剪切强度?b，观察扭矩-转角曲线（t??曲线）。 2、观察低碳钢试样扭转破坏断口形貌。 3、测定低碳钢的剪切弹性模量g。 4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（??tl/gip）。 5、依据低碳钢的弹性模量,大概计算出低碳钢材料的泊松比。 二、试验设备和仪器 1、微机控制扭转试验机。 2、游标卡尺。 3、装夹工具。 三、实验原理和方法 遵照国家标准（gb/t10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的剪切屈服强度点?s和抗剪强度?b等。圆截面试样必须按上述国家标准制成（如图1-1所示）。试验两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。 图 1-1 试验机软件的绘图系统可绘制扭矩-扭转角曲线，简称扭转曲线（图1-2中的曲线）。图3-2 从图1-2可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（oa段）、屈服阶段（ab段）和强化阶段（cd段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达10?以上。从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩破坏扭矩由算材料的剪切屈服强度抗剪强度式中：试样截面的抗扭截面系数。 ts和tb。和?s?3ts/4wt计?s和?b，wt??d0/16为 3?s?3ts/4wt计算材料的剪切屈服强度?s和抗剪强度?b，式中：wt??d0/16 3 为试样截面的抗扭截面系数。 当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点?s时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点?s时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩ts要大一些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。 图1-3所示为低碳钢试样的扭转破坏断口，破坏断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。 图 1-3材料的剪切弹性模量g遵照国家标准（gb/t10128-1988）可由圆截面试样的扭转试验测定。在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律 ??tlp 4 i??d0为截，式中：p 面的极惯性矩。当试样长度l和极惯性矩ip均为已知时，只要测取扭矩增量 ?t和相应的扭转角增量??，可由式 g? ?t?l ???ip 计算得到材料的剪切弹性模量。实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形的胡克定律。 四、实验步骤 1、测量低碳钢试样直径d1，长度l； 2、装夹试样；在试样上安装扭角测试装置，将一个定

哈工大—低碳钢拉伸试验

试验一 金属材料的拉伸与压缩试验 1.1概 述 拉伸实验是材料力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。例如：弹性模量E 、比例极限R p 、上和下屈服强度R eH 和R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、收缩率Z 。除此而外，通过拉伸实验的结果，往往还可以大致判定某种其它机械性能，如硬度等。 我们以两种材料——低碳钢，铸铁做拉伸试验，以便对于塑性材料和脆性材料的力学机械性能进行比较。 这个实验是研究材料在静载和常温条件下的拉断过程。利用电子万能材料试验机自动绘出的载荷——变形图，及试验前后试件的尺寸来确定其机械性能。 试件的形式和尺寸对实验的结果有很大影响，就是同一材料由于试件的计算长度不同，其延伸率变动的范围就很大。例如： 对45#钢：当L 0＝10d 0时（L 0为试件计算长度，d 0为直径），延伸率A 10＝24~29%，当L 0＝5d 0时，A 5＝23~25%。 为了能够准确的比较材料的性质，对拉伸试件的尺寸有一定的标准规定。按国标GB/T228-2002、GB/P7314-1987的要求，拉伸试件一般采用下面两种形式： 图1.1 1. 10倍试件； 圆形截面时，L 0＝10d 0 矩形截面时，L 0＝11.3 0S 2. 5倍试件 圆形截面时，L 0＝5d 矩形截面时, L 0＝5.65 0S =π0 45S d 0——试验前试件计算部分的直径； S 0——试验前试件计算部分断面面积。 此外，试件的表面要求一定的光洁度。光洁度对屈服点有影响。因此，试件表面不应有刻痕、切口、翘曲及淬火裂纹痕迹等。 1.2拉伸实验 一、实验目的： 1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。 2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R p 、下屈服强度R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、断面收缩率Z 等等）。 3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。 二、实验原理： 拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。在单向拉伸时F —ΔL （力——变形）曲线的形式代表了不同材料的力学性能，利用： 0F S σ= 0L L ε?= 可得到σ—ε曲线关系。

低碳钢、铸铁拉伸试验

低碳钢、铸铁拉伸试验 一、实验目的 本试验以低碳钢和铸铁为代表，了解塑性材料在简单拉伸时的机械性质。它是力学性能试验中最基本最常用的一个。一般工厂及工程建设单位都广泛利用该实验结果来检验材料的机械性能。试验提供的 E ，R eL ，R m ，A 和Z 等指标，是评定材质和进行强度、刚度计算的重要依据。本试验具体要求为： 1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。 2．测定强度数据，如屈服点R eL ，抗拉强度R m 。 3．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率A ，截面收缩率Z 。 4．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。 二、实验原理 进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。一般试验机都设有自动绘图装置，用以记录试样的拉伸图即F-ΔL 曲线，形象地体现了材料变形特点以及各阶段受力和变形的关系。但是F-ΔL 曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。因此，拉伸图往往用名义应力、应变曲线(即R-ε曲线)来表示： 0F R S = ——试样的名义应力 L L ?=ε——试样的名义应变 S 0和L 0分别代表初始条件下的面积和标距。R-ε曲线与F-ΔL 曲线相似，但消除了几何尺寸的影响。因此，能代表材料的属性。单向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在R-ε曲线上定义的。如果试验能提供一条精确的拉伸图，那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地测定。 不同性质的材料拉伸过程也不同，其R-ε曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质截然不同的两种典型材料，它们的拉伸曲线在工程材料中十分典型，掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。 低碳钢具有良好的塑性，由R-ε曲线（图1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 R E ε= （1-1） 比例系数E 代表直线OA 的斜率，称作材料的弹性模量。 屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点（B ˊ)作为材料屈服极限R eL 。R eL 是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过R eL ，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限R eL 作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。

低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能教学内容

低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能

低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能 根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 1、低碳钢拉伸实验 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能： （1）弹性阶段 在拉伸的初始阶段，ζ-ε曲线为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（ζp ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E 。线性阶段后，ζ-ε曲线不为直线，应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（ζe ），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。 （2）屈服阶段 超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（ζs ）。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面 1 打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。 （3）强化阶段 经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线，其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。 在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（ζb ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷 Fb 。 （4）局部变形阶段 试样拉伸达到强度极限ζb 之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限ζb 之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲 2

低碳钢和铸铁扭转试验

低碳钢和铸铁扭转实验 一、实验目的 １．观察比较低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象、破坏形式。　 ２．测定低碳钢扭转时的屈服点τs 和抗扭强度τb 。　 ３．测定铸铁扭转的抗扭强度τb 。　 二、实验设备与试件 １．扭转试验机。　 ２．游标卡尺。　 ３．扭转试件参照国家标准GB10128–88采用圆形截面试件(如图2–13所示)，为中间段试件直径；0d Ｌ0为试件原始标距；Ｌc 为试件平行长度；d 0＝10 mm，Ｌ0＝100 mm或50 mm，Ｌc ＝120 mm或70 mm，如果采用其他直径的试件，其平行长度为标距加上两倍直径。试件两头为夹持端，因为试件受扭，在两头夹持部分对称加工两个相互平行的平面，以便于安装夹紧。　 图2–13 扭转试件图 三、实验原理和方法 试件受扭时将产生扭转变形，扭矩Ｔ和扭角?相应增加，试验机将自动记录数据大小并在电脑显示屏上自动绘出??Ｔ曲线图，如图2–14所示。从图2–14(a)可以看出，低碳钢扭转试验开始为弹性变形阶段，Ｔ与?成正比，横截面上剪应力呈线性分布，横截面周边处的剪应力最大，圆心为零。当扭矩Ｔ增大，试件开始产生屈服，横截面周边处的剪应力首先达到屈服极限，随着扭转变形的增加，剪应力由横截面周边处开始向圆心扩展逐步达到屈服极限，即塑性区由圆周向圆心扩展，直到整个截面达到屈服。在屈服过程中??Ｔ曲线显示为屈服平台，这时扭矩为屈服扭矩Ｔs 。屈服过后为强化阶段，扭矩又开始缓慢上升，试件扭角迅速增加，当扭矩达到最大值Ｔb 时试件断裂。考虑到整体屈服后塑 性变形对应力分布的影响，低碳钢扭转屈服点理论上应按式τs =w T s 43计算，抗扭强度理论上应按τb ＝w T b 43计算，但是为了试验结果的可比性，根据国标GB／T10128–88，

实验二低碳钢和铸铁的压缩实验

实验二金属材料（低碳钢和铸铁）的压缩实验 一、实验目的 （1）比较低碳钢和铸铁压缩变形和破坏现象。 （2）测定低碳钢的屈服极限σs和铸铁的强度极限σb。 （3）比较铸铁在拉伸和压缩两种受力形式下的机械性能、分析其破坏原因。 二、验仪器和设备 （1）万能材料试验机。 （2）游标卡尺。 三、试件介绍 根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形试件。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为3：2，铸铁压缩试件的高度和直径的比例为2：1。试件均为圆柱体。 四、实验原理及方法 压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料等脆性材料尤为合适。通过压缩实验观察材料的变形过程、破坏形式，并与拉伸实验进行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材料的机械性能有比较全面的认识。 压缩试验在压力试验机上进行。当试件受压时，其上下两端面与试验机支撑之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。摩擦力的存在会

影响试件的抗压能力甚至破坏形式。为了尽量减少摩擦力的影响，实验时试件两端必须保证平行，并与轴线垂直，使试件受轴向压力。另外。端面加工应有较高的光洁度。 低碳钢压缩时也会发生屈服，但并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。因此，在测定Ps 时要特别注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针等速转动，当材料发生屈服时，测力指针转动将减慢，甚至倒退。这时对应的载荷即为屈服载荷Ps。屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横截面增 ,因此也得不到强度极大时，其实际应力不随外载荷增加而增加，故不可能得到最大载荷P b ，所以在实验中是以变形来控制加载的。 限 b 前出现较明显的变形然后破裂，此时试验机测力铸铁试件压缩时，在达到最大载荷P b 指针迅速倒退，从动针读取最大载荷P 值，铸铁试件最后略呈故形，断裂面与试件轴线大 b 约呈450。 图2—2 低碳钢压缩图铸铁压缩图 五、实验步骤 （1）试验机准备。根据估算的最大载荷，选择合适的示力度盘（量程）按相应的操作规程进行操作。 （2）测量试件的直径和高度。测量试件两端及中部三处的截面直径，取三处中最小一处的平均直径计算横截面面积。 （3）将试件放在试验机活动台球形支撑板中心处。 （4）开动试验机，使活动台上升，对试件进行缓慢均匀加载，加载速度为0.5mm/min。对于低碳钢，要及时记录其屈服载荷，超过屈服载荷后，继续加载，将试件压成鼓形即可停