拉伸压缩实验.docx

1、拉伸压缩实验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sc。2、测定铸铁的抗拉强度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1020的圆柱体低碳钢试样和1015的圆柱体铸铁试样（见图31）。实验原理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32）。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33），

2、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。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32a）。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Psc。此后，图形呈曲线上升，材料产生显著的残余变形，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

3、，甚至可以压成薄饼状而不破裂，所以无法测出其最大荷载Pbc和抗压强度bc。根据测出的压缩屈服荷载Psc，由公式sc=Psc/S0即可求出材料的压缩屈服极限。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32b），表明试样在达到最大荷载Pbc前就出现了明显的塑性变形，而其最大荷载Pbc也要比拉伸时的Pb大很多倍。当荷载达到最大荷载Pbc后稍有下降，然后破裂，并能听到沉闷的破裂声。铸铁试样破裂后呈鼓形，并在与轴线大约成450角的斜面上破裂（见图34），此破坏主要是由剪应力引起的。由公式bc= Pbc/S0即可求出材料的抗压强度。实

4、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S0。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110 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0.00050.0001/s范围内

5、。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Psc，并记录下来。超过屈服阶段后，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Pbc。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

6、1、试样原始尺寸材 料长 度L0/mm直 径 d0/mm横截面积S0/mm212平 均低 碳 钢铸 铁表32、 试验数据记录及处理材 料屈服荷载 Psc/KN屈服极限sc/MPa最大荷载Pbc/KN抗压强度bc/MPa低碳钢铸 铁表33、试样破坏后尺寸材 料长度L1/mm最 大 直 径 d1/mm断面角度/12平 均铸 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）。4、分析说明为什么低碳钢压缩时测不出Pbc，而铸铁压缩时会在与轴线大约成450

7、角的斜面上破坏？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。4、为什么铸铁试样在压缩时沿着与轴线大致成450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Pb，而压缩时测不出Pbc ，为什么还说它是拉压等强度材料，而说铸铁是拉压不等强度材料？2-2 轴向拉、压机械性能的测定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

8、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 2282002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

9、内容就是根据GB/T 2282002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

10、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L0与原始横截面积S0有L0 = k关系者称为比例试样。国际上使用的比例试样的比例系数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（L0）与其原始横截面积（S0）无关。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，

11、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221和图222）。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，r0.75d。机加工的矩形横截面试样，r20 mm 对于厚度0.1 mm3 mm的薄板和薄带；r12 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（Lc）、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（L0）。对于圆形横截面试样：LcLO+d/2；仲裁试验，Lc=L0+2d，除非材料尺寸不足

12、够。对于矩形横截面试样，LcLO+1.5 ；仲裁试验，Lc=L0+2 ，除非材料尺寸不足够。 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223），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（L0）为200 mm和100 mm。除小直径线材在两夹头

13、间的自由长度可以等于L0的情况外，其他情况， 试验机两夹头间的自由长度应至少为L0+50 mm。如不测定断后伸长率，两夹头间的最小自由长度可以为50 mm。 铸造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（Lc）应大于原始标距（L0）。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1、原始横截面积（S0）的测定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221选用量具或测量装置。应根据测量试样的原始尺

14、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221 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0.10.50.52.02.010.010.00.0010.0050.010.05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

15、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：S0 =d2/4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：S0 =ab对于恒定横截面试样，可以根据测量试样的长度Lt、试样质量m和材料密度确定其原始横截面积。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：S0 =1000m /Lt2、原始标距（L0）的标记应用小标记、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

16、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（Lc）比原始标距（L0）长许多，例如不经机加工的试样，可以标记一系列套叠的原始标距。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

17、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1035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235。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222规定的应力速率范围内。表222 应力速率材料弹性模量E（N/mm2）应力速率（N/mm2s-1）最 小最 大150 000220150 000660若仅测定下屈服强度，

18、在试样平行长度的屈服期间，应变速率应在0.00025/s0.0025/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222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222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

19、制应变速率，直至屈服完成，应采用等效于表222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（FL曲线）记录下来。图22

20、4所示为低碳钢的FL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L，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。BC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(L)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

21、D点dF/d(L)=0，荷载达到最大值Fb，之后转为dF/d(L)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（ReH）和下屈服强度（ReL）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225）。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225（d）

22、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（S0）得到上屈服强度和下屈服强度（见图225）。仲裁试验采用图解方法。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（S0）得到上屈服强度和下屈服强度。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

23、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（RP0.2）和规定残余延伸强度的测定（R r0.2）。3、规定强度的测定 引伸计标距（Le）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LeL0/2；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Le等于或近似等于试样原始标距L0 。 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（Le）的增量。与之相应的延伸率可分为：残余延伸率：试样施加并卸除应力后引伸计标距的延伸

24、与引伸计标距（Le）之比的百分率。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（Le）之比的百分率。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（Le）之比的百分率。屈服点延伸率（Ae）：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开始之间引伸计标距的延伸与引伸计标距（Le）之比的百分率（见图226）。 规定非比例延伸强度（R p）的测定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227）。使用的符号应附以下脚标说明规定的百分率，例如R p0.2表示非比例延伸率为0.2%时的应力。根据力延伸曲线图测定规定非比例

25、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（S0）得到规定非比例延伸强度（见图227）。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

26、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（S0）得到规定非比例延伸强度（见图228）。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。

27、仲裁试验不采用此方法。 规定总延伸强度（Rt）的测定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229）。使用的符号应附以下脚标说明规定的百分率，例如R t 0.5表示总延伸率为0.5%时的应力。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（S0）得到规定总延伸强度（见图229）。 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。 规定残余延伸强度（R r）的验证和测定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

28、距（Le）百分率时对应的应力（见图2210）。使用的符号应附以下脚标说明规定的百分率，例如R r0.2表示规定残余延伸率为0.2%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10s12s，卸除力后验证残余延伸率未超过规定百分率（见图2210）。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 m）的测定抗拉强度就是相应最大力（F m）的应力。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

29、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（S0）得到抗拉强度。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2211）伸长率指原始标距的伸长与原始标距（L0）之比的百分率。其又可分为：断后伸长率（A）：断后标距的残余伸长（LuL0）与原始标距（L0）之比的百分率。对于比例试样，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，A11.3表示原始标距（L0）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，以毫米（mm）表示

30、，例如， A80 mm表示原始标距（L0）为80mm的断后伸长率。断裂总伸长率（At）：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（L0）之比的百分率。最大力伸长率：最大力时原始标距的伸长与原始标距（L0）之比的百分率。应区分最大力总伸长率（Agt）和最大力非比例伸长率（Ag）（见图2211）。 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（Lu），准确到0.25 mm。如规定的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