碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验（实验一）
一、实验目的
1、测定碳钢在拉伸时的屈服极限σs ，强度极限σb ，延伸率δ和断面收缩率ψ，测定铸铁拉伸时的强度极限σb 。
2、观察碳钢、铸铁在拉伸过程中的变形规律及破坏现象，并进行比较，使用绘图装置绘制拉伸图（P-ΔL 曲线）。
二、实验设备
微机控制电子万能材料试验机、液压式万能材料试验机、游标卡尺。
三、实验试祥
1. 为使各种材料机械性质的数值能互相比较，避免试件的尺寸和形状对试验结果的影响，对试件的尺寸形状GB6397-86作了统一规定，如图1所示：
图1
用于测量拉伸变形的试件中段长度（标距L 0）与试件直径d 。必零满足L 0／d 0=10或5，其延伸率分别记做和δ10和δ5
2、压缩试样：低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般做成很短的圆柱形，避免压弯，一般规定试件高度h 直径d 的比值在下列范围之内：
h
1≤d ≤3
为了保证试件承受轴向压力，加工时应使试件两
个端面尽可能平行，并与试件轴线垂直，为了减少
两端面与试验机承垫之间的摩擦力，试件两端面应
进行磨削加工，使其光滑。
四、实验原理
图2为试验机绘出的碳钢拉伸P-△L 曲线图，
拉伸变形ΔL 是整个试件的伸长，并且包括机器本身
图2
的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动，故绘出的
曲线图最初一段是曲线，流动阶段上限B 受变形速‘
度和试件形式影响，下屈服点B 则比较稳定，工程上均以B 点对应的载荷作为材料屈服时的载荷P S ，以试样的初始横截面积A0除PS ，即得屈服极限：
σS =Ps
A 0
屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力，载荷到达最大值P b ，时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力盘的从动针停留在P b 不动，主动针则迅速倒退表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积A 。除P b 得强度极限为
延伸率δ及断面收缩率φ的测定，试样的标距原长为L 0拉断后将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为L 1延伸率应为 σb =P b A 0
δ=
断口附近塑性变形最大，所以L 1的量取与断口的部位有关，如断口发生于L ο的两端或l 1-0⨯100%l 0
1
在L ο之外，则试验无效，应重做，若断口距L 。的一端的距离不在标距长度的中央3区域内，要采用断口移中的办法；以度量试件位断后的标距，设两标点CC 1之间共有10格，断口靠近左段，如图3，从临近断口的第一刻线d 起，向右取10／2＝5格，记作a ，这就相当于把断口摆在标距中央，再看a 点到C 1点有多少格，就由a 点向左取相同的格数，记作b ，
’‘令L ˊ表示C 至b 的长度，L 表示b 至a 的长度，则L ′＋2L ′的长度中包含的格数等于
标距长度内的格数10，即
L ′＋2L ′=L1。
图3
试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A 1，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A 1，然后按下式计算断面收缩率： ‘
ψ=
铸铁试件在变形极小时，就达到最大载荷P b 而突然发生断裂。没有屈服和颈缩现象，其强度极限远小于低碳钢的强度极限。
图4为低碳钢试件的压缩图，在弹性阶段和屈服阶段，
它与拉伸时的形状基本上是一致A0-A1⨯100%A0
图4 图
5
的，而且Ps 也基本相同，所以说，低碳钢材料在压缩时的E 和σs 都与拉伸时大致相同，低碳钢的塑性好，由于泊松效应，试件越压越粗，不会破坏，横向膨胀在试件两端受到试件与承垫之间巨大摩擦力的约束，试件被压成鼓形，进一步压缩，会压成圆饼状，低碳钢试件压不坏，所以没有强度极限。
图5为铸铁试件压缩图，P-ΔL 比同材料的拉伸图要高4-5倍，当达到最大载荷Pb 时铸铁试件会突然破裂，断裂面法线与试件轴线大致成45～55的倾角。这表面，铸铁压缩破坏主要是由剪应力引起的。
五、实验步骤
拉伸试验步骤：
1、试件准备
（1）测量试样尺寸 测定试样初始横截面面积A ο时，在标距L ο的两端及中部三个位置上，沿两个互相垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，取三个横截面面积中的最小值为A ο。
2、试验机准备
使用电子万能试验机时
（1）检查试验机的夹具是否安装好，各种限位是否在实验状态下就位；
（2）启动试验机的动力电源及计算机的电源；
（3）调出试验机的操作软件，按提示逐步进行操作；
（4）安装试件。安装时仅将试件上端夹紧，下端悬空，然后再试件上夹持引伸计；
（5）启动下降按钮将试件移下，停止安装好试件，进行调零，回到试验初始状态；
（6）根据实验设定，启动实验开关进行加载，注意观察试验中的试件及计算机上的曲线变化；
（7）实验完成，保存记录数据，打印实验数据报告；
（8）试件破坏后（非破坏性试验应先卸载），断开控制器并关闭，关闭动力系统及计算机系统，清理还原。
使用液压万能试验机时
（1）调整试验机 按要求调整检查万能材料试验机，根据Pb ＝σb ×Α。估计试件的最大载Pb ，按最大载荷数值为度盘测力范围的40％-80％的标准来选择度盘和与其相匹配的摆锤，并调整示力指针为零。
（2）安装试样 先将试件安装在试验机上夹头内，再移动下夹头使之达到适当位置，须注意使试样垂直，并把试样下端夹紧。
（3）检查及预拉 请教师检查以上实验步骤完成情况。开动试验机，并使自动绘图器工作。预加少量载荷（勿使应力超过比例极限），然后卸载接近零点，以检查试验机是否处于正常状态。
（4）进行试验
①打开送油阀，用慢速加载，缓慢而均匀地使试件产生变形，注意观察测力指针的转00
动、自动绘图的情况和相应的试验现象，以测力指针停止转动的载荷或指针多次回转时，第一次回转后的最小载荷作为屈服点载荷P s ，并注意观察是否出现滑移线。
②屈服后在强化阶段任一点处，停止加载，然后卸载，再重新加载，以观察冷作硬化现象。
③继续加载直至试件断裂。在断裂前注意观察颈缩现象。此时拉力达到最大载荷，测力指针开始回转，而副针停留位置的读数，即最大载荷Pb ，试件断裂后停机，取下试件。铸铁试验只要记下最大载荷及绘出拉伸图。
④取下自动绘图仪所绘的拉伸曲线图纸，以便写实验报告时参考。
（5）试验结束
打开回油阀，将载荷卸掉，清理实验现场。
压缩试验步骤：
1、测量试样尺寸，测量试样两端及中间等三处截面的直径，取三处中最小一处的平均直径d 0作为计算原截面积A0之用。
2、调整试验机，选择测力度盘，调整指针对准零点，并调整自动绘图器。电子万能试验机按软件操作指南步骤进行。
3、安装试样，将试样两端面涂上润滑油，然后准确地放在试验机活动台支承垫的中心上。
4、检查及试车
液压试验机试车时将试验机活动台上升，试件亦随之上升，当试件上端面接近承垫时应减慢活动台上升速度，避免突然接触引起剧烈加载，当试件与上承垫刚接触时，将自动绘图笔调整好，使它处于工作状态，用慢速预加少量载荷。然后卸载近零点，以检查试验机工作是否正常。
5、进行试验
对于抵碳钢试件，缓慢而均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况和绘图纸上所描的曲线，以便及时而正确地读出屈服载荷PS ，并把它记录下来，算出屈服极限σS
P S σS =A 0
P b σb =A0
6、结束工作 对于铸铁试件，缓慢而均匀地加载，同时使用自动绘图装置绘出P-∆L 曲线，直到试b ，并算出强度极限σb ： 件破裂为止，记下破坏载荷P
打开回油间，将载荷卸掉，取下试件，使试验机复原。
六实验结果
七、预习及思考讨论题
碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验（实验一）
一、实验目的
1、测定碳钢在拉伸时的屈服极限σs ，强度极限σb ，延伸率δ和断面收缩率ψ，测定铸铁拉伸时的强度极限σb 。
2、观察碳钢、铸铁在拉伸过程中的变形规律及破坏现象，并进行比较，使用绘图装置绘制拉伸图（P-ΔL 曲线）。
二、实验设备
微机控制电子万能材料试验机、液压式万能材料试验机、游标卡尺。
三、实验试祥
1. 为使各种材料机械性质的数值能互相比较，避免试件的尺寸和形状对试验结果的影响，对试件的尺寸形状GB6397-86作了统一规定，如图1所示：
图1
用于测量拉伸变形的试件中段长度（标距L 0）与试件直径d 。必零满足L 0／d 0=10或5，其延伸率分别记做和δ10和δ5
2、压缩试样：低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般做成很短的圆柱形，避免压弯，一般规定试件高度h 直径d 的比值在下列范围之内：
h
1≤d ≤3
为了保证试件承受轴向压力，加工时应使试件两
个端面尽可能平行，并与试件轴线垂直，为了减少
两端面与试验机承垫之间的摩擦力，试件两端面应
进行磨削加工，使其光滑。
四、实验原理
图2为试验机绘出的碳钢拉伸P-△L 曲线图，
拉伸变形ΔL 是整个试件的伸长，并且包括机器本身
图2
的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动，故绘出的
曲线图最初一段是曲线，流动阶段上限B 受变形速‘
度和试件形式影响，下屈服点B 则比较稳定，工程上均以B 点对应的载荷作为材料屈服时的载荷P S ，以试样的初始横截面积A0除PS ，即得屈服极限：
σS =Ps
A 0
屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力，载荷到达最大值P b ，时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力盘的从动针停留在P b 不动，主动针则迅速倒退表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积A 。除P b 得强度极限为
延伸率δ及断面收缩率φ的测定，试样的标距原长为L 0拉断后将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为L 1延伸率应为 σb =P b A 0
δ=
断口附近塑性变形最大，所以L 1的量取与断口的部位有关，如断口发生于L ο的两端或l 1-0⨯100%l 0
1
在L ο之外，则试验无效，应重做，若断口距L 。的一端的距离不在标距长度的中央3区域内，要采用断口移中的办法；以度量试件位断后的标距，设两标点CC 1之间共有10格，断口靠近左段，如图3，从临近断口的第一刻线d 起，向右取10／2＝5格，记作a ，这就相当于把断口摆在标距中央，再看a 点到C 1点有多少格，就由a 点向左取相同的格数，记作b ，
’‘令L ˊ表示C 至b 的长度，L 表示b 至a 的长度，则L ′＋2L ′的长度中包含的格数等于
标距长度内的格数10，即
L ′＋2L ′=L1。
图3
试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A 1，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A 1，然后按下式计算断面收缩率： ‘
ψ=
铸铁试件在变形极小时，就达到最大载荷P b 而突然发生断裂。没有屈服和颈缩现象，其强度极限远小于低碳钢的强度极限。
图4为低碳钢试件的压缩图，在弹性阶段和屈服阶段，
它与拉伸时的形状基本上是一致A0-A1⨯100%A0
图4 图
5
的，而且Ps 也基本相同，所以说，低碳钢材料在压缩时的E 和σs 都与拉伸时大致相同，低碳钢的塑性好，由于泊松效应，试件越压越粗，不会破坏，横向膨胀在试件两端受到试件与承垫之间巨大摩擦力的约束，试件被压成鼓形，进一步压缩，会压成圆饼状，低碳钢试件压不坏，所以没有强度极限。
图5为铸铁试件压缩图，P-ΔL 比同材料的拉伸图要高4-5倍，当达到最大载荷Pb 时铸铁试件会突然破裂，断裂面法线与试件轴线大致成45～55的倾角。这表面，铸铁压缩破坏主要是由剪应力引起的。
五、实验步骤
拉伸试验步骤：
1、试件准备
（1）测量试样尺寸 测定试样初始横截面面积A ο时，在标距L ο的两端及中部三个位置上，沿两个互相垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，取三个横截面面积中的最小值为A ο。
2、试验机准备
使用电子万能试验机时
（1）检查试验机的夹具是否安装好，各种限位是否在实验状态下就位；
（2）启动试验机的动力电源及计算机的电源；
（3）调出试验机的操作软件，按提示逐步进行操作；
（4）安装试件。安装时仅将试件上端夹紧，下端悬空，然后再试件上夹持引伸计；
（5）启动下降按钮将试件移下，停止安装好试件，进行调零，回到试验初始状态；
（6）根据实验设定，启动实验开关进行加载，注意观察试验中的试件及计算机上的曲线变化；
（7）实验完成，保存记录数据，打印实验数据报告；
（8）试件破坏后（非破坏性试验应先卸载），断开控制器并关闭，关闭动力系统及计算机系统，清理还原。
使用液压万能试验机时
（1）调整试验机 按要求调整检查万能材料试验机，根据Pb ＝σb ×Α。估计试件的最大载Pb ，按最大载荷数值为度盘测力范围的40％-80％的标准来选择度盘和与其相匹配的摆锤，并调整示力指针为零。
（2）安装试样 先将试件安装在试验机上夹头内，再移动下夹头使之达到适当位置，须注意使试样垂直，并把试样下端夹紧。
（3）检查及预拉 请教师检查以上实验步骤完成情况。开动试验机，并使自动绘图器工作。预加少量载荷（勿使应力超过比例极限），然后卸载接近零点，以检查试验机是否处于正常状态。
（4）进行试验
①打开送油阀，用慢速加载，缓慢而均匀地使试件产生变形，注意观察测力指针的转00
动、自动绘图的情况和相应的试验现象，以测力指针停止转动的载荷或指针多次回转时，第一次回转后的最小载荷作为屈服点载荷P s ，并注意观察是否出现滑移线。
②屈服后在强化阶段任一点处，停止加载，然后卸载，再重新加载，以观察冷作硬化现象。
③继续加载直至试件断裂。在断裂前注意观察颈缩现象。此时拉力达到最大载荷，测力指针开始回转，而副针停留位置的读数，即最大载荷Pb ，试件断裂后停机，取下试件。铸铁试验只要记下最大载荷及绘出拉伸图。
④取下自动绘图仪所绘的拉伸曲线图纸，以便写实验报告时参考。
（5）试验结束
打开回油阀，将载荷卸掉，清理实验现场。
压缩试验步骤：
1、测量试样尺寸，测量试样两端及中间等三处截面的直径，取三处中最小一处的平均直径d 0作为计算原截面积A0之用。
2、调整试验机，选择测力度盘，调整指针对准零点，并调整自动绘图器。电子万能试验机按软件操作指南步骤进行。
3、安装试样，将试样两端面涂上润滑油，然后准确地放在试验机活动台支承垫的中心上。
4、检查及试车
液压试验机试车时将试验机活动台上升，试件亦随之上升，当试件上端面接近承垫时应减慢活动台上升速度，避免突然接触引起剧烈加载，当试件与上承垫刚接触时，将自动绘图笔调整好，使它处于工作状态，用慢速预加少量载荷。然后卸载近零点，以检查试验机工作是否正常。
5、进行试验
对于抵碳钢试件，缓慢而均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况和绘图纸上所描的曲线，以便及时而正确地读出屈服载荷PS ，并把它记录下来，算出屈服极限σS
P S σS =A 0
P b σb =A0
6、结束工作 对于铸铁试件，缓慢而均匀地加载，同时使用自动绘图装置绘出P-∆L 曲线，直到试b ，并算出强度极限σb ： 件破裂为止，记下破坏载荷P
打开回油间，将载荷卸掉，取下试件，使试验机复原。
六实验结果
七、预习及思考讨论题