1、低碳鋼和鑄鐵拉伸壓縮實驗報告摘要：材料的力學性能也稱為機械性質, 是指材料在外力作用下表現的變形、 破 壞等方面的特性.它是由試驗來測定的.工程上常用的材料品種很多,下面我們 以低碳鋼和鑄鐵為主要代表,分析材料拉伸和壓縮時的力學性能.關鍵字：低碳鋼鑄鐵拉伸壓縮實驗破壞機理1.低碳鋼拉伸實驗拉伸實驗試件低碳鋼拉伸圖在拉伸實驗中,隨著載荷的逐漸增大,材料呈現出不同的力學性能：低碳鋼拉伸應力-應變曲線1彈性階段Ob段在拉伸的初始階段,°- £曲線Oa段為一直線,說明應力與應變成正比, 即滿足胡克定理,此階段稱為線形階段.線性段的最高點那么稱為材料的比例極限° p,線性段

2、的直線斜率即為材料的彈性摸量 E.線性階段后,b - £曲線不為直線ab段,應力應變不再成正比,但假設在 整個彈性階段卸載,應力應變曲線會沿原曲線返回,載荷卸到零時,變形也完全 消失.卸載后變形能完全消失的應力最大點稱為材料的彈性極限b e, 一股對于鋼等許多材料,其彈性極限與比例極限非常接近.2屈服階段bc段超過彈性階段后,應力幾乎不變,只是在某一微小范圍內上下波動, 而應變 卻急劇增長,這種現象成為屈服.使材料發生屈服的應力稱為屈服應力或屈服極 限b s.當材料屈服時,如果用砂紙將試件外表打磨,會發現試件外表呈現出與軸線 成45.斜紋.這是由于試件的45.斜截面上作用有最大切應力

3、,這些斜紋是由 于材料沿最大切應力作用面產生滑移所造成的,故稱為滑移線.3強化階段ce段經過屈服階段后,應力應變曲線呈現曲線上升趨勢, 這說明材料的抗變形能 力乂增強了,這種現象稱為應變硬化.假設在此階段卸載,那么卸載過程的應力應變曲線為一條斜線如d-d /斜線, 其斜率與比例階段的直線段斜率大致相等.當載荷卸載到零時,變形并未完全消 失,應力減小至零時殘留的應變稱為塑性應變或剩余應變,相應地應力減小至零時消失的應變稱為彈性應變.卸載完之后,立即再加載,那么加載時的應力應變關 系根本上沿卸載時的直線變化.因此,如果將卸載后已有塑性變形的試樣重新進 行拉伸實驗,其比例極限或彈性極限將得到提升,這

4、一現象稱為冷作硬化.在硬化階段應力應變曲線存在一個最高點, 該最高點對應的應力稱為材料的 強度極限b b,強度極限所對應的載荷為試件所能承受的最大載荷Fbo4局部變形階段ef段試樣拉伸到達強度極限° b之前,在標距范圍內的變形是均勻的.當應力增 大至強度極限b b之后,試樣出現局部顯著收縮,這一現象稱為頸縮.頸縮出現 后,使試件繼續變形所需載荷減小, 故應力應變曲線呈現下降趨勢,直至最后在 f點斷裂.試樣的斷裂位置處于頸縮處,斷口形狀呈杯狀,這說明引起試樣破壞 的原因不僅有拉應力還有切應力.5伸長率和斷面收縮率試樣拉斷后,由于保存了塑性變形,標距由原來的L變為L1.用白分比表示的比值

5、a = L1-L /L*100%稱為伸長率.試樣的塑性變形越大,a也越大.因此,伸長率是衡量材料 塑性的指標.原始橫截面面積為A的試樣,拉斷后縮頸處的最小橫截面面積變為A1,用白分比表示的比值W = (A-A1) /A*100%稱為斷面收縮率.W也是衡量材料塑性的指標.所以,低碳鋼拉伸破壞變形很大,斷口縮頸后,端口有45度茬口,由丁該方向上存在最大剪應力r造成的,屆丁剪切破壞力.2.鑄鐵拉伸實驗鑄鐵是含碳量大丁 2.11%并含有較多硅,鋌,硫,磷等元素的多元鐵基合金. 鑄鐵具有許多優良的性能及生產簡便, 本錢低廉等優點,因而是應用最廣泛的材 料之一.鑄鐵在拉伸時的力學性能明顯不同丁低碳鋼, 鑄

6、鐵從開始受力直至斷裂, 變形始終很小,既不存在屈服階段,也無頸縮現象.斷口垂直丁試樣軸線,這說 明引起試樣破壞的原因是最大拉應力.斷口移中圖圖3鑄鐵拉伸應力-應變曲線鑄鐵拉伸破壞斷口與正應力方向垂直說明由拉應力拉斷的,屆丁拉伸破壞,正應力大丁了許用值.鑄鐵拉伸二.壓縮實驗1低碳鋼壓縮實驗低碳鋼試樣壓縮時同樣存在彈性極限、 比例極限、屈服極限而且數值和拉伸 所得的相應數值差不多,但是在屈服時卻不象拉伸那樣明顯, 需細心觀察,材料 在發生屈服時對應的載荷為屈服負荷 Fs.隨著緩慢均勻加載,低碳鋼受壓變形增 大而不破裂,愈壓愈扁.橫截面增大時,其實際應力不隨外載荷增加而增加,故 不可能得到抗壓負荷F

7、b,因此也得不到強度極限b b,所以在實驗中是以變形來 限制加載的.低碳鋼的壓縮圖(即b- c曲線),超過屈服之后,低碳鋼試樣由原來的圓柱形逐漸被壓成鼓形.繼續不斷加壓,試樣將愈壓愈扁,橫截面面積不斷增大, 試樣抗壓水平也不斷增大,故總不被破壞.所以,低碳鋼不具有抗壓強度極限也 可將它的抗壓強度極限理解為無限大,低碳鋼的壓縮曲線也可證實這一點.灰 鑄鐵在拉伸時是屆丁塑性很差的一種脆性材料, 但在受壓時,試件在到達最大載 荷Pb前將會產生較大的塑性變形,最后被壓成鼓形而斷裂.低碳鋼壓縮曲線圖2-9低碳鋼壓縮破壞圖0圖2-10鑄鐵壓縮破壞圖彈性模量、比例極限和屈服極限與拉伸時根本相同. 屈服階段后

8、,試樣越壓越扁, 所以沒有壓縮,呈腰鼓形塑性變形,由此可見,韌性材料的抗剪切強度小丁抗拉 伸強度.2.鑄鐵壓縮實驗灰鑄鐵試樣的斷裂有兩特點：一是斷口為斜斷口,如圖210所示.二是按 R/A0求得的er b遠比拉伸時為周,大致是拉伸的34倍.為什么象鑄鐵這種脆性 材料的抗拉與抗壓水平相差這么大呢？這主要與材料本身情況內因和受力狀態外因有關.鑄鐵試件壓縮時,在到達抗壓負荷Fb前出現較明顯的變形然后破裂,鑄鐵試件最后會略呈鼓形,斷口的方位角約為550 60° ,斷裂面與試件軸線大約呈45°.鑄鐵壓縮后沿斜截面斷裂,其主要原因是由剪應力引起的. 假使測量鑄鐵受壓試樣斜斷口傾角 a,那么可發現它略大丁 45°而不是最大剪應力 所在截面,這是由于試樣兩端存在摩擦力造成的.鑄鐵壓縮曲線鑄鐵壓縮實驗,應力和應變之間無明顯的直線階段和屈服階段, 但是有塑性變形, 斷口約為螺旋45度方向,抗壓時的強度極限約為強度極限的 4到5倍.彈性模 量通常以某一應力的割線來度量.所以鑄鐵壓縮時主要是剪切破壞,受到最大