第三章材料的力学性能测定 实验一液压式万能材料试验机的操作实验 实验目的 1、熟悉液压式万能材料试验机的拉伸、压缩是试验的具体操作方法 2、了解液压式万能材料试验机的基本结构和原理。 、仪器设备 1、液压式万能材料试验机 2、拉伸、压缩、弯曲、剪切等试样。 三、试验机的操作 (1)液压式万能材料试验机的操作 1、拉伸实验的操作 a.检查各按钮、阀门是否处于关闭状态,启动“电源”; b.根据试样材料和直径估算最大载荷,选择测量范围,在摆杆上挂上或取下摆锤:并将 缓冲阀的转换手柄置于与所选度盘量程相适应的位置上: C.根据试件的形状和尺寸选配好相应的钳口 d.装好绘图器的传动装置以及绘图笔和记录纸; e.启动油泵,打开送油阀使活动平台上升10mm左右,然后关闭送油阀(如果活动平台 已在升起位置,则不必先启动油泵送油) f.将试样的一端夹于上夹头的钳口中 g.启动油泵,转动齿杆调整测力指针对准度盘零点; h.开动下夹头电机,将下夹头升到合适的位置,把试件的另一端夹入下夹头钳口中 i.调整绘图器的绘图笔使之进入描绘准备状态 j缓慢拧开送油阀送油,根据实验加载方案进行加载、卸载 k.加载完毕,关闭送油阀,停止油泵工作 1.抬起绘图器的绘图笔 皿.拧开回油阀回油,将从动指针拨回零点
40 第三章 材料的力学性能测定 实验一 液压式万能材料试验机的操作实验 一、实验目的 1、熟悉液压式万能材料试验机的拉伸、压缩是试验的具体操作方法； 2、了解液压式万能材料试验机的基本结构和原理。 二、仪器设备 1、液压式万能材料试验机； 2、拉伸、压缩、弯曲、剪切等试样。 三、试验机的操作 ⑴液压式万能材料试验机的操作 1、拉伸实验的操作 a.检查各按钮、阀门是否处于关闭状态，启动“电源”； b.根据试样材料和直径估算最大载荷，选择测量范围，在摆杆上挂上或取下摆锤；并将 缓冲阀的转换手柄置于与所选度盘量程相适应的位置上； c.根据试件的形状和尺寸选配好相应的钳口； d.装好绘图器的传动装置以及绘图笔和记录纸； e.启动油泵，打开送油阀使活动平台上升 10mm 左右，然后关闭送油阀（如果活动平台 已在升起位置，则不必先启动油泵送油）； f.将试样的一端夹于上夹头的钳口中； g.启动油泵，转动齿杆调整测力指针对准度盘零点； h.开动下夹头电机，将下夹头升到合适的位置，把试件的另一端夹入下夹头钳口中； i.调整绘图器的绘图笔使之进入描绘准备状态； j.缓慢拧开送油阀送油，根据实验加载方案进行加载、卸载； k.加载完毕，关闭送油阀，停止油泵工作； l.抬起绘图器的绘图笔； m.拧开回油阀回油，将从动指针拨回零点；
n.取下试件,机器复原,结東试验工作 2、压缩实验的操作 a检查各按钮、阀门是否处于关闭状态,启动“电源”; b.根据试件材料和直径估算最大载荷,选择测量范围,在摆杆上挂上或取下摆锤:并将 缓冲阀的转换手柄置于与所选度盘相适应的位置上 C.装好绘图器的传动装置以及绘图笔和记录纸 d.将压缩式样置于下压板中心位置: e.启动油泵,转动齿杆调整测力指针对准度盘零点 f.调整绘图器的绘图笔使之进入描绘准备状态 g.若试验机的上压板距离试件的上端面较远,可以迅速打开送油阀送油,让活动平台快 速升高,当试件接近上压板时,迅速关小送油阀,减慢平台上升速度,使试验机的上压板与 试件上端缓慢平稳接触,逐渐施加载荷至试件破坏: h.试件断裂后,关闭送油阀,停止油泵工作 i.抬起绘图器的绘图笔 拧开回油阀卸载,将从动指针拨回零点 k.取下试件,机器复原,结束实验工作。 四、注意事项 1、一定要注意根据试件尺寸和材料种类估算最大载荷,选择好的量程必须与悬挂摆锤 对应:需自动绘图时,事先应将滚筒上的纸和绘图笔安装妥当 2、开启油泵之前,必须检查送油阀和回油阀是否处于关闭状态:待油泵工作正常后, 开启送油阀将活动平台升高约10m,以消除其自重,然后关闭送油阀; 3、安装拉伸试件时,可开动下夹头升降机以调整下夹头位置,但不能用下夹头升降机 给试件加载 4、缓慢开启送油阀,给试件平稳加载,应避免油阀开启过大进油太快。实验进行中 注意不要触动摆杆或摆锤 5、实验完毕,关闭送油阀,停止油泵工作。破坏性实验先取出试件,再缓慢打开回油 阀将油液放回油箱:非破坏性实验,自然应先开回油阀卸载,才能取下试样
41 n. 取下试件，机器复原，结束试验工作。 2、压缩实验的操作 a.检查各按钮、阀门是否处于关闭状态，启动“电源”； b.根据试件材料和直径估算最大载荷，选择测量范围，在摆杆上挂上或取下摆锤；并将 缓冲阀的转换手柄置于与所选度盘相适应的位置上； c. 装好绘图器的传动装置以及绘图笔和记录纸； d. 将压缩式样置于下压板中心位置； e. 启动油泵，转动齿杆调整测力指针对准度盘零点； f. 调整绘图器的绘图笔使之进入描绘准备状态； g.若试验机的上压板距离试件的上端面较远，可以迅速打开送油阀送油，让活动平台快 速升高，当试件接近上压板时，迅速关小送油阀，减慢平台上升速度，使试验机的上压板与 试件上端缓慢平稳接触，逐渐施加载荷至试件破坏； h. 试件断裂后，关闭送油阀，停止油泵工作； i. 抬起绘图器的绘图笔； j．拧开回油阀卸载，将从动指针拨回零点； k. 取下试件，机器复原，结束实验工作。 四、注意事项 1、一定要注意根据试件尺寸和材料种类估算最大载荷，选择好的量程必须与悬挂摆锤 对应；需自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和绘图笔安装妥当； 2、开启油泵之前，必须检查送油阀和回油阀是否处于关闭状态；待油泵工作正常后， 开启送油阀将活动平台升高约 10mm，以消除其自重，然后关闭送油阀； 3、安装拉伸试件时，可开动下夹头升降机以调整下夹头位置，但不能用下夹头升降机 给试件加载； 4、缓慢开启送油阀，给试件平稳加载，应避免油阀开启过大进油太快。实验进行中， 注意不要触动摆杆或摆锤； 5、实验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。破坏性实验先取出试件，再缓慢打开回油 阀将油液放回油箱；非破坏性实验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样
实验二金属材料的拉伸实验(一) 、实验目的 1、测定低碳钢材料在常温、静载条件下拉伸时的屈服极限σ,强度极限σ,延伸率 8和断面收缩率ψ 2、测定铸铁材料在常温、静载条件下拉伸时的强度极限συ 3、观察低碳钢、铸铁材料在拉伸过程中出现的各种现象,分析P-△L图的特征 4、比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试样断口情况,分析其破坏原因 5、了解液压式万能材料试验机的构造原理,熟悉其操作方法。 二、仪器设备 1、液压式万能材料试验机 2、游标卡尺。 三、试件制备 为了避免试件的尺寸与形状对实验结果的影响和各种材料的力学性能测试结果的相互 比较,国家标准对试件的尺寸和形状都作了统一的规定:拉伸试件分为比例和非比例两种。 比例试件的尺寸应符合如下关系: 式中—试件的原始标距,即计算变形的有效长度。长度值由试件此段上的两标距点 确定(见图3-2-1) Ao——试件标距段的原始截面面积 K——常数,其值可取5.65或11.3,与此对应,试件分别称为长比例试件或短比例 试件。 在特殊的情况下(例如成品型材、板材、管材、线材等,试件的原始标距L与原始横 截面面积A0也可按产品标准或双方协议执行,这类试件称为非比例试件(或定标距试件)。 通常实验所用试件为圆截面试件,因此,上式(1)可改写为 l=k·do 式中d为试件的原始直径,系数k对应为5或10。本次实验采用圆截面长比例试件 即取k=10。试件形状如图3-2-1所示。试件两端较粗部分为装入试验机夹头中的夹持部分
42 实验二 金属材料的拉伸实验（一） 一、实验目的 1、 测定低碳钢材料在常温、静载条件下拉伸时的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率 δ和断面收缩率ψ； 2、 测定铸铁材料在常温、静载条件下拉伸时的强度极限σb； 3、 观察低碳钢、铸铁材料在拉伸过程中出现的各种现象，分析 P-△L 图的特征； 4、比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试样断口情况，分析其破坏原因； 5、了解液压式万能材料试验机的构造原理，熟悉其操作方法。 二、仪器设备 1、液压式万能材料试验机； 2、游标卡尺。 三、试件制备 为了避免试件的尺寸与形状对实验结果的影响和各种材料的力学性能测试结果的相互 比较，国家标准对试件的尺寸和形状都作了统一的规定：拉伸试件分为比例和非比例两种。 比例试件的尺寸应符合如下关系： 0 L0 = K A (1) 式中 L0——试件的原始标距，即计算变形的有效长度。长度值由试件此段上的两标距点 确定（见图 3-2-1）； A0 ——试件标距段的原始截面面积； K ——常数，其值可取 5.65 或 11.3，与此对应，试件分别称为长比例试件或短比例 试件。 在特殊的情况下（例如成品型材、板材、管材、线材等），试件的原始标距 L0 与原始横 截面面积 A0 也可按产品标准或双方协议执行，这类试件称为非比例试件（或定标距试件）。 通常实验所用试件为圆截面试件，因此，上式（1）可改写为 0 0 L = k d （2） 式中 d 0 为试件的原始直径，系数 k 对应为 5 或 10。本次实验采用圆截面长比例试件， 即取 k=10。试件形状如图 3-2-1 所示。试件两端较粗部分为装入试验机夹头中的夹持部分
起传递拉力的作用,其尺寸和形状应根据试验机的夹头形式而定,一般要求其长度不小于夹 块长度的三分之 d 标距点 —4 持段 图3-2-1 四、实验原理 金属材料拉伸时的力学性能指标,是由拉伸实验来确定的。为此,本实验选择低碳钢和 铸铁分别作为塑性材料和脆性材料的代表,按照国家标准,利用液压式万能材料试验机上进 行拉伸实验来测试和比较两类材料拉伸时的各项力学性能指标 1、低碳钢的拉伸 由于在试件变形之前,机器的零部件之间和试件与夹具之间有一定的间隙,试验机自动 绘图器绘出的拉伸变形△L不仅包括试件的伸长,还包括机器有关部分的间隙和弹性变形以 及试件在夹头内的滑动等。所以,实验一开始,试验机自动绘图器就开始绘出曲线 Q 图3-2-2 施加稍许载荷后,这些间隙将会渐渐消除。试验机自动绘图器绘岀一段直线,表明载荷 与变形之间满足正比例关系,此阶段为线弹性阶段。为了修正因间隙等而导致的拉伸图最初
43 起传递拉力的作用，其尺寸和形状应根据试验机的夹头形式而定，一般要求其长度不小于夹 块长度的三分之二。 图 3-2-1 四、实验原理 金属材料拉伸时的力学性能指标，是由拉伸实验来确定的。为此，本实验选择低碳钢和 铸铁分别作为塑性材料和脆性材料的代表，按照国家标准，利用液压式万能材料试验机上进 行拉伸实验来测试和比较两类材料拉伸时的各项力学性能指标。 1、低碳钢的拉伸 由于在试件变形之前，机器的零部件之间和试件与夹具之间有一定的间隙，试验机自动 绘图器绘出的拉伸变形△L 不仅包括试件的伸长，还包括机器有关部分的间隙和弹性变形以 及试件在夹头内的滑动等。所以，实验一开始，试验机自动绘图器就开始绘出曲线。 图 3-2-2 施加稍许载荷后，这些间隙将会渐渐消除。试验机自动绘图器绘出一段直线，表明载荷 与变形之间满足正比例关系，此阶段为线弹性阶段。为了修正因间隙等而导致的拉伸图最初
的一小段曲线的影响,必须将上述直线段延长至横坐标轴,所得交点即为拉伸图的坐标原点 0。过线弹性阶段0A后,整个弹性阶段并未结束,接下来的AB段是一非线弹性过程,此时, 虽然载荷与变形不再成正比例关系,但是载荷卸除后,变形可完全恢复,仍属于弹性阶段。 随着载荷的进一步增加,图形沿OAB上升,过B点后,进入屈服阶段(呈锯齿状的BC 段)。此时,材料丧失了抵抗变形的能力,从图形可看出此阶段载荷虽没明显的增加,但变 形继续增加。在此阶段我们能看到一个很明显的实验现象:试验机读数盘中的主、从动两根 指针开始分开,从动指针停滞不前,而主动指针开始倒退,并在从动指针附近来回多次摆动 这就是所谓的屈服现象。在此过程中,我们需要读取屈服载荷P的大小。如果试件足够光 亮,我们还能在试件上看到与轴线成45°的细微滑移线(它是由于剪切的作用,致使材料的 内部晶体产生滑移的结果) 材料经过屈服后,主、从动指针又开始继续同时往前走动,屈服阶段结束,这时,要使 试件继续变形,必须继续增加拉力。这是因为晶体滑移后增加了抗剪能力,同时散乱的晶粒 开始变得细长,并绕长轴向试件纵向转动,趋于纤维状而呈现方向性,从而增加了材料抵抗 变形的能力,使材料处于强化状态。我们称此阶段为材料的强化阶段(即曲线的CD部分) 若在此阶段中停止加载并逐步卸载,可以发现一种现象一一卸载规律:在此阶段的某一点 卸载时,载荷和变形之间仍遵守直线关系。如果卸载后再立即加载,则载荷与变形之间基本 上仍遵循卸载时的直线规律沿卸载直线上升至开始卸载时的M点。我们称此现象为冷作硬化 现象。由图3-2-2可知:QM∥OA。卸载时,试件的变形不能完全恢复,还残留了0Q一段塑 性变形 D点为拉伸图的最高点,此时载荷达到最大值,即强度极限载荷P,主动指针再一次离 开从动指针,开始往回倒退,进入颈缩阶段。此时,试件的变形沿长度方向不再是均匀的了。 在试件的最薄弱处,其直径将明显缩小,变形也随之进一步增大,试件出现颈缩现象。随着 试件截面面积的急剧缩小,拉力也随之下降,试验机的自动绘图器绘出一段下降的曲线,最 后在颈缩处断裂,整个拉伸实验过程结束 试件破坏断口呈复杂的倒杯锥型,其破坏机理也较复杂,其中,断口往外凸出的45°剪 切唇边可认为是剪应力作用所致,而中间凹入部分则是三向拉应力作用的结果。 2、铸铁的拉伸 铸铁在拉伸时没有屈服阶段,也没有明显的直线部分。在工程计算中,通常取割线来近 似代替开始曲线部分,而认为材料近似服从胡克定律
44 的一小段曲线的影响，必须将上述直线段延长至横坐标轴，所得交点即为拉伸图的坐标原点 O。过线弹性阶段 0A 后，整个弹性阶段并未结束，接下来的 AB 段是一非线弹性过程，此时， 虽然载荷与变形不再成正比例关系，但是载荷卸除后，变形可完全恢复，仍属于弹性阶段。 随着载荷的进一步增加，图形沿 OAB 上升，过 B 点后，进入屈服阶段（呈锯齿状的 BC 段）。此时，材料丧失了抵抗变形的能力，从图形可看出此阶段载荷虽没明显的增加，但变 形继续增加。在此阶段我们能看到一个很明显的实验现象：试验机读数盘中的主、从动两根 指针开始分开，从动指针停滞不前，而主动指针开始倒退，并在从动指针附近来回多次摆动， 这就是所谓的屈服现象。在此过程中，我们需要读取屈服载荷 Ps 的大小。如果试件足够光 亮，我们还能在试件上看到与轴线成 45º的细微滑移线（它是由于剪切的作用，致使材料的 内部晶体产生滑移的结果）。 材料经过屈服后，主、从动指针又开始继续同时往前走动，屈服阶段结束，这时，要使 试件继续变形，必须继续增加拉力。这是因为晶体滑移后增加了抗剪能力，同时散乱的晶粒 开始变得细长，并绕长轴向试件纵向转动，趋于纤维状而呈现方向性，从而增加了材料抵抗 变形的能力，使材料处于强化状态。我们称此阶段为材料的强化阶段（即曲线的 CD 部分）。 若在此阶段中停止加载并逐步卸载，可以发现一种现象——卸载规律：在此阶段的某一点 M 卸载时，载荷和变形之间仍遵守直线关系。如果卸载后再立即加载，则载荷与变形之间基本 上仍遵循卸载时的直线规律沿卸载直线上升至开始卸载时的 M 点。我们称此现象为冷作硬化 现象。由图 3-2-2 可知：QM∥OA。卸载时，试件的变形不能完全恢复，还残留了 OQ 一段塑 性变形。 D 点为拉伸图的最高点，此时载荷达到最大值，即强度极限载荷 Pb，主动指针再一次离 开从动指针，开始往回倒退，进入颈缩阶段。此时，试件的变形沿长度方向不再是均匀的了。 在试件的最薄弱处，其直径将明显缩小，变形也随之进一步增大，试件出现颈缩现象。随着 试件截面面积的急剧缩小，拉力也随之下降，试验机的自动绘图器绘出一段下降的曲线，最 后在颈缩处断裂，整个拉伸实验过程结束。 试件破坏断口呈复杂的倒杯锥型，其破坏机理也较复杂，其中，断口往外凸出的 45º剪 切唇边可认为是剪应力作用所致，而中间凹入部分则是三向拉应力作用的结果。 2、铸铁的拉伸 铸铁在拉伸时没有屈服阶段，也没有明显的直线部分。在工程计算中，通常取割线来近 似代替开始曲线部分，而认为材料近似服从胡克定律