材料力学性能实验

《材料力学性能》试验教学指导书试验总学时4试验项目

1.准静态拉伸

2.不同材料的冲击韧性材料科学与工程学院试验中心工程材料及机制基础试验室试验一准静态拉伸

一、试验目的.观看低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）在准静态拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象），并绘制拉伸图.测定低碳钢的屈服极限强度极限久，断后延长率$和断面收缩率沙.测定铸铁的强度极限.比较低碳钢和铸铁的力学性能的特点及断口形貌

二、概述静载拉伸试验是最基本的、应用最广的材料力学性能试验一方面，由静载拉伸试验测定的力学性能指标，可以作为工程设计、评定材料和优选工艺的依据•，具有重要的工程实际意义另•方面，静载拉伸试验可以揭示材料的基本力学行为规律，也是讨论材料力学性能的基本试验方法静载拉伸试验，通常是在室温柔轴向加载条件下进行的，其特点是试验机加载轴线与试样轴线重合，载荷缓慢施加在材料试验机上进行静拉伸试验，试样在负荷平稳增加下发生变形直至断裂，可得出一系列的强度指标（屈服强度J和抗拉强度b）和塑性指标（伸长率5和断面收缩率力）通过试验机自动绘出试样在拉伸过程中的伸长和负荷之间的关系曲线，即P-A1曲线，习惯上称此曲线为试样的拉伸图图1即为低碳钢的拉伸图试样拉伸过程中，开头试样伸长随载荷成比例地增加，保持直线关系当载荷增加到肯定值时，拉伸图上消失平台或锯齿状这种在载荷不增加或减小的状况下，试样还连续伸长的现象叫屈服，屈服阶段的最小载荷是屈服点载荷PsPs除以试样原始横截面面积Ao即得到屈服极限试样屈服后，要使其连续发生变形，则要克服不断增长的抗力，这是由于金属材料在塑性变形过程中不断发生的强化这种随着塑性变形增大，变形抗力不断增加的现象叫做形变强化或加工硬化由于形变强化的作用，这一阶段的变形主要是匀称塑性变形和弹性变形当载荷达到最大值K后，试样的某一部位截面积开头急剧缩小，消失“缩颈”现象，此后的变形主要集中在缩颈四周，直至达到Pb试样拉断Pb除以试样原始横截面面积40即得到强度极限（抗拉强度）crb拉伸试验还可得到塑性指标，即伸长率8和断面收缩率力伸长率3一一拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，即式中/一试件原始标距，为100廊，乙一试件拉断后标距长度断面收缩率巾一一为了测定低碳钢的断面收缩率，试件拉断后，在断口处两端沿相互垂直的方向各测一次直径，取平均值《计算断口处横截面面积，再按下式计算面积收缩率式中Ao一试件原始横截面面枳A1一试件拉断后断口处最小面枳试件开头受力时，由于头部在夹头内滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线分析时应将直线段延长与横坐标相交于0点，作为坐标原点0A段为弹性阶段载荷与变形成正比，BzC段为屈服阶段，CD段为强化阶段，DE段为颈缩阶段，至E点试件被拉断铸铁的拉伸图如图2所示铸铁试件在承受拉力变形微小时，就达到最大载荷而突然发生断裂它没有屈服和颈缩现象，故在拉伸时，一般只能测定其强度极限…试件沿横截面断裂图1图2

三、试验设施与材料.试验设施

（1）SHT4605型微机掌握万能材料试验机

（2）游标卡尺.试验材料直径为d的圆截面试件，短试件和长试件的标距分别为54和104本试验采纳圆截面的长试件d=10mmZo=100mmo

四、试验内容与方法.试验内容了解材料试验机的构造、原理及操作；2列表纪录低碳钢、铸铁的原始尺寸及试验后尺寸，计算出

6、巾低碳钢；3画出P-AL曲线，并计算出低碳钢试样的s、ob及铸铁试样的b；4比较两种材料的力学性能的特点、断口形貌及断裂方式.试验方法及步骤.试件预备用游标卡尺测量标距两端及中间这三个横截面处的直径，在每一横截面内沿相互垂直的两个直径方向各测量一次取其平均值用所测得的三个平均值中最小的值计算试件的横截面面积4°将测量的试件横截面处的直径及计算出的横截面面积4填入表中.试验机预备打开计算机，进入试验机掌握系统主界面，在用户参数输入区内输入试验参数，如试样标距、试样直径、试样种类等然后点击【试验】按钮进入试验.安装试件调整下横梁使上卜.夹头的距离小于试件的长度先将试件安装在试验机的上夹头内，再调整下横梁使其达到适当位置，把力值清零，然后把试件下端夹紧，位移值清零.进行试验点击屏幕右边的【运行】按钮加载留意观看测力窗口、位移窗口的状况和相应的试验现象若消失力和位移值为负值或其它特别状况，请马上按下右边江柱旁的“急停”按钮，或【速度栏】内的停止按钮试验结束后取下试件将低碳钢试件的屈服载荷生和最大载荷儿记入表中然后将断裂试件的两段对齐并尽量靠紧，用游标卡尺测量断裂后标距段的长度小测量两段断口颈缩处的直径力，应在每一断口处沿两个相互垂直方向各测量一次，计算其平均值，取其中最小值计算断口处最小横截面面积A”把测量值和计算值填入表中将铸铁试件的最大载荷4记入表中

五、试验结果的处理.依据屈服载荷P及最大载荷P/计算低碳钢试件的屈服极限，及低碳钢试件和铸铁试件的强度极限心.依据试件前、后的标距段长度及横截面面积计算低碳钢试件的延长率6及断面收缩率步

六、试验要求.同学进入试验室前必需做好试验预习，仔细阅读试验指导书，明确试验目的、任务、有关原理、操作的主要步骤、留意事项.试验过程中必需严格遵守操作规程及留意事项，自觉遵守试验室的各项规章制度.独立完成试验.仔细观看和分析试验现象，做好试验数据纪录.依据格式要求仔细撰写试验报告，不得抄袭

七、留意事项.未经指导老师同意不得开动机器.操作者不得擅自离开操纵台.试件安装必需正确、防止偏斜和夹入部分过短的现象.试验时听见特别声音或发生任何故障，按下急停按钮马上停车试验二不同材料的冲击韧性

一、试验目的.了解冲击试验方法.测定低碳钢与铸铁的冲击韧性ak值

二、概述

（1）冲击试验是讨论材料对于动荷抗力的一种试验，和静载荷作用不同，由于加载速度快，使材料内的应力突然提高，变形速度影响了材料的力学性质，所以材料对动载荷作用表现出另一-种反应

（2）此外在金属材料的冲击实集中验中，还可以揭示在静载荷时不易发觉的某些结构特点和工作条件对机械性能的影响（如应力，材料内部缺陷，化学成分和加荷时温度，受力状态以及热处理状况等），因它在工艺分析比较和科学讨论中都具有肯定的意义，在工程上常采纳“冲击韧性”来表示材料反抗冲击的力量把金属材料制成标准试件（金属夏比（V型缺口）试件）（图

1.1）安置在冲击试验机的机座上（图L2）使它受冲击而折断纪录试件折断所消耗的能量Ak，将Ak用缺II处的横截面面积A去除，所得的数值定义为材料的冲击韧性ako五二生（J/cm2）Aak对材料品质、内部缺陷和晶粒大小等比较敏感再加上冲击试验简便易行，所以常用来检验材料质量、内部缺陷、脆性程度等在试件上制作缺口是为了使试件由该处折断分析表明，，在缺口根部四周材料处于三向拉应力状态某些金属在静力拉伸下表现出良好的塑性，但处于三向拉应力作用下却有增加其脆性的倾向所以塑性材料的缺口试件在冲击作用下，一般都呈现脆性破坏方式（断裂）试验表明，缺口的外形，试件的肯定尺寸及材料的性质等因素都会影响断口四周参加塑性变形的体积，因此，冲击试验必需在规定的标准下进行同时，缺口的加工也非常重要，一般应铳削或磨削，以保证尺寸精确O图

1.1图

1.2图

1.3冲击试验机的构造原理如图

1.3所示将摆锤向上摆起（如图所示的a角），于是摆锤便具有肯定的位能试验时，令摆锤突然下落，冲击安装在机座上的试件，将试件冲断试件折断所消耗的能量等于摆锤原来的位能（在a角处）与其冲断试件后在扬起位置（万角处）时的位能之差

三、试验设施与材料.试验设施示波冲击试验机；游标卡尺.试验材料低碳钢（V型缺口）试件和铸铁试件各一件

四、试验内容与方法.试验内容

（1）测量试件尺寸

（2）打开电源开关，使摆杆扬起；

（3）安装冲击试样，令缺口背对搓锤刃口，并使缺口中心线与跨距中心线重合；

（4）给冲击指令，使摆杆自由下落，冲断试样；

（5）纪录试样在冲击过程中汲取的能量Ak值

（6）观看低碳钢和铸铁的断口形貌.试验方法与步骤

（1）打开冲击试验机的电源，观看指示灯是否亮

（2）点击【扬摆】按钮，使摆锤扬到位

（3）点击【冲击】按钮，进行冲击测试

（4）纪录试件的汲取能量/U值

（5）试验完毕后按住【放摆】按钮，执行放摆操作

五、试验结果的处理.依据试件折断所消耗的能量Ak值，计算低碳钢与铸铁的ak，.观看两种材料断口的差异，并画出两种材料的破坏断口草图

六、试验要求.同学在进入试验室前必需做好试验预习，仔细阅读试验指导书，明确试验目的、任务、有关原理、操作的主要步骤、留意事项.试验过程中必需严格遵守操作规程及留意事项，自觉遵守试验室的各项规章制度.独立完成试验.仔细观看和分析试验现象，做好试验数据纪录.依据格式要求仔细撰写试验报告，不得抄袭七.留意事项本试验属动荷试验，而且试验机为自动掌握，故需严格按操作规程进行试验，特殊要留意平安点击“冲击”前必需将平安门关闭安放试件时，肯定不许点击【冲击】按钮试验结束后肯定将摆锤放下试验一准静态拉伸试验报告

一、试验目的

二、试验设施及仪器

三、试件1）试件材料试件1低碳钢；试件2铸铁2）试件外形和尺寸

四、试验数据及计算结果附计算公式屈服极限延长率S=LxlX%4A强度极限％=工断面收缩率二上△x100%AA

五、拉伸曲线示意图低碳钢铸铁

六、回答问题1参考低碳钢拉伸图，分段回答力与变形的关系以及在试验中反映出的现象2由低碳钢、铸铁的拉伸图和试件断口外形及其测试结果，回答二者机械性能有什么不同

一、试验目的:

二、试验设施及仪器:

三、试件1试件材料试件1低碳钢，试件2铸铁2试件外形和尺寸

四、试验数据及计算结果附计算公式:冲击韧性二2（j/cm2）A

五、回答问题1）冲击韧性值a«为什么不能用于定量换算.只能用于相对比较3）由低碳钢、铸铁的冲击试件断口外形及其测试结果，分析二者机械性能有什么不同试验机型号、名称量具型号、名称试验前试验后试件原始外形图试件断后外形图尺寸低碳钢铸铁尺寸低碳钢铸铁平均直径do（mm）最小直径di（mm）横截面积Ao（mm2）最小截面积Ai（mm2）标距长度Lo（mm）断后长度Li（mm）试验数据计算结果试件屈服载荷最大载荷屈服极限强度极限延长率截面收缩率低碳钢铸铁报告人班级试验成果试验日期试验机型号、名称量具型号、名称试验前试验后试件原始外形图试件断后外形图尺寸低碳钢铸铁（无缺口）缺口处尺寸LXLl（mm）横截面积Ao（mm）试件汲取能量Ak（J）有无纤维区冲击韧性ak（J/cm）低碳钢铸铁报告人班级试验成果试验日期。