金属材料力学性能实验指导书沈阳工学院.docx
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金属材料力学性能实验指导书沈阳工学院
工程力学实验指导书及实验报告
李洋编
专业:
班级学号:
姓名:
沈阳理工大学应用技术学院
~学年度第学期
目录
实验一拉伸实验1
实验二扭转实验4
学生实验须知
1.实验前必须预习实验指导书中相关的内容,了解本次实验的目的、要求及注意事项。
2.按预约实验时间准时进入实验室,不得无故迟到、早退、缺席。
3.进入实验室后,不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备,损坏仪器要赔偿。
4.保持实验室整洁,不准在机器、仪器及桌面上涂写,不准乱丢纸屑,不准随地吐痰。
5.实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。
实验中,若遇仪器设备发生故障,应立即向教师报告,及时检查,排除故障后,方能继续实验。
6.实验过程中,若未按操作规程操作仪器,导致仪器损坏者,将按学校有关规定进行处理。
7.实验过程中,同组同学要相互配合,认真测取和记录实验数据;
8.实验结束后,将仪器、工具清理摆正。
不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。
9.实验完毕,实验数据经教师认可后方能离开实验室。
10.实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。
实验一拉伸实验
一实验目的
1测定低碳钢拉伸过程中的上屈服强度ReH、下屈服强度ReL、抗拉强度Rm;
2测定铸铁在拉伸过程中的抗拉强度Rm;
3计算低碳钢和铸铁拉伸后的断后伸长率和断面收缩率;
4观察低碳钢和铸铁两种不同材料的拉伸过程,分析比较差异;
二实验设备
1电子万能试验机
图1 电子万能试验机
2游标卡尺
图2游标卡尺
三试样
图3 试样
四实验原理
原理一:
在材料拉伸的过程中,得到的曲线是力与位移关系曲线,低碳钢具有良好的塑性,低碳钢断裂前明显的分成四个阶段:
弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段。
弹性阶段,材料的应力与应变呈线性关系。
屈服阶段,曲线出现锯齿状,在小范围内波动,表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。
国标GB/T228-2002定义上屈服强度ReH为试样发生屈服而力首次发生下降的最高应力。
上屈服极限数值与试样的形状、加载速度等因素有关,一般是不稳定的。
下屈服强度ReL为在屈服期间不计初始瞬时效应时的最低应力。
下屈服极限则有比较稳定的数值,能够反应材料的性能。
通常把下屈服极限称为屈服极限或屈服点。
屈服阶段的开始是材料进入塑性的标志。
强化阶段,曲线开始上升,材料恢复了抵抗承载能力,但应力-应变不再符合虎克定律,此阶段塑性变形是沿轴向均匀分布的。
强化阶段中的最高点所对应的应力是材料所能承受的最大应力,称为强度极限或抗拉强度。
它是衡量材料强度的另一重要指标。
在强化阶段中,试样的横向尺寸有明显的缩小。
缩颈阶段,载荷达到最大点以后材料的塑性变形开始在局部进行,局部截面急剧收缩,承载面积迅速减小,试样承受的载荷很快下降直至断裂,断裂后试样的弹性变形消失,塑性变形则永远保留在破断的试样上。
原理二:
铸铁拉伸时的应力-应变关系是一段微弯曲线,没有明显的直线部分。
它在较小的拉应力下就被拉断,没有屈服和缩颈现象,拉断前的应变很小。
铸铁是典型的脆性材料。
铸铁拉断时的最大应力即为其抗拉强度。
因为没有屈服现象,抗拉强度是衡量铸铁的唯一指标。
原理三:
在弹性范围内卸载,曲线沿原路径返回,试样恢复原来尺寸,没有任何残余变形,在此范围内,材料符合虎克定律,应力-应变呈线性关系,如果在强化阶段卸载,卸载路径与弹性段的直线段平行,卸载后如果重新加载,加载曲线仍与弹性段的直线段平行,比例极限明显提高,而材料的塑性性能相应下降,这个现象称作冷作硬化。
五实验结果
1试样尺寸
材
料
名
称
试验前
试验后
标
距
L0
mm
直径d0mm
最
小
截
面
积
A0
mm2
标
距
L1
mm
最
小
直
径
d1
mm
最
小
截
面
积
A1
mm2
1
2
3
①
②
平
均
①
②
平
均
①
②
平
均
2强度和塑性指标
材料
强度指标
塑性指标
ReH
ReL
Rm
断后伸长率A
断面收缩率Z
3绘制低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与位移曲线。
六思考题
1通过哪两种指标反映金属材料的塑性性能?
实验二扭转实验
一实验目的
1测定低碳钢扭转时的上屈服强度
、下屈服强度
、抗扭强度
。
2测定铸铁扭转时的抗扭强度
。
3观察比较低碳钢和铸铁扭转过程中的变形规律,比较差异。
4了解扭转试验机的结构原理,掌握扭转试验方法。
二实验设备
1微机控制扭转试验机
图1微机控制扭转试验机
2游标卡尺
图2游标卡尺
三试样
金属的扭转试样应采用标准圆试样。
标距部分直径、长度的具体要求可参考国家标准GB/T10128—1988。
图3试样
四实验原理
原理一:
材料的扭转过程可以用T-
曲线来描述。
T代表施加在试样上的扭矩,
代表试样的扭角。
低碳钢扭转时有明显的三个阶段(弹性阶段、屈服阶段、强化阶段),直至切断试样尺寸不发生改变。
弹性阶段扭矩与扭角呈线性规律变化,满足材料的剪切虎克定律。
屈服阶段曲线呈锯齿形波动,由上、下屈服扭矩来表示,上屈服扭矩Tsu定义为扭转实验中首次发生下降的最大扭矩,下屈服扭矩Tsl定义为屈服阶段最小的扭矩,随着扭角的增加扭矩也随着缓慢的增加。
材料进入强化阶段,随着扭矩的增加材料将产生较大的塑性变形。
当扭矩达到材料的最大扭矩时,试样被切断,曲线的峰值对应纵坐标称为抗扭扭矩Tb。
原理二:
低碳钢的扭转屈服过程是由表面至圆心逐渐进行的,当横截面的应力全部屈服后,试样才全面进入塑性,此时截面上的应力不再是线性分布的。
原理三:
因为没有屈服现象,铸铁只测定抗扭扭矩。
五实验结果
1试样尺寸
材
料
名
称
试验前
试验后
直径d0mm
最
小
截
面
积
A0
mm2
最
小
直
径
d1
mm
最
小
截
面
积
A1
mm2
1
2
3
①
②
平
均
①
②
平
均
①
②
平
均
2强度指标
材料名称
强度指标
上屈服强度
下屈服强度
抗扭强度
3绘制低碳钢和铸铁在扭转过程中的T-
曲线。
六思考题
1试说明低碳钢和铸铁在扭转过程中的断面形式有什么不同?
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