金属材料静态力学性能测试

一、实验目的和内容

1、测定金属材料的拉伸、压缩和扭转时力学性能参数，如屈服极限，强度极限等；

2、观察实验现象，并比较金属材料在拉伸、压缩和扭转时的变形及破坏形式。 3、比较金属材料在拉伸、压缩和扭转时的力学性能特点。

二、实验名称

拉伸试验，压缩试验，扭转实验。

三、实验设备

电子式万能材料试验机（WDW3100型） 电子扭转试验机 游标卡尺

四、试件

1、拉伸试验所采用的试件

试件采用两种材料：低碳钢和铸铁。低碳钢属 于塑性材料；铸铁属于脆性材料。试件的外形如图 1所示。本实验采用的试件是GB228-87规定的“标 准试件”中的一种。试件的标距等截面测试部分长度

l0 d0

l0100mm，直径d010mm。

图1 拉伸试件 2、压缩试验所采用的试件

试件的形状如图2所示，本实验采用的试件是国际规定的“标准试件”中的一种。

d0 h0

图2 压缩试件

3、扭转试验所采用的试件

采用标准试件，类似拉伸试件。

五、实验原理

拉伸实验原理：

压缩实验原理：

扭转实验原理：

六、实验方法及步骤

（一）拉伸试验

测定一种材料的力学性能，一般应用一组试件（3～6根）来进行，而且应该尽可能每一根试件都测出所要求的性能。我们主要是学习试验方法，所以我们测定低碳钢σs、σb、δ、ψ的拉伸试验只用一根试件来进行。其试验步骤如下：

1、测量试件尺寸，主要是测量试件的直径和标距。在标距部分取上、中、下三个截面，对每一个截面用游标卡尺（精度0.02mm）测量互相垂直方向的直径各一次，取其平均值最小截面处的平均直径作为试件的直径。

2、顺时针旋转钥匙打开试验机。

3、用远控盒调整上下夹头的位置，将试件装在实验机的夹具上。

4、打开实验软件，先点联机按钮，然后设置参数。点击参数录入按钮,输入试验编号及试样参数等。点击参数设置按钮，输入试验开始点、横梁速度及方向等。

5、选择试验编号和实验曲线，将负荷与位移清零。

6、点击“试验开始”按钮，开始式样，同时仔细观察试样在试验过程中的各种现象。

7、试件被拉断后取下试件，量取拉断后的标距和颈缩处的直径。填入到软件中出现的对话框里。

8、查看并保存数据。

9、实验结束后，点击“脱机”按钮，关闭实验软件。然后关闭试验机及计算机。

（二）压缩试验

1、测量试件的尺寸。用游标卡尺测量相互垂直方向的直径各一次，取其平均值作为试件的直径。

2、将试件放在实验机上下两个压头之间，开动实验机进行实验。

3、打开实验软件，先点联机按钮，然后设置参数。点击参数录入按钮,输入试验编号及试样参数等。点击参数设置按钮，输入试验开始点、横梁速度及方向等。

4、选择试验编号和实验曲线，将负荷与位移清零。

5、点击“试验开始”按钮，开始式样，同时仔细观察试样在试验过程中的各种现象。

6、试件被压断（铸铁压断，而低碳钢过屈服或规定的载荷值）点击“实验结束”按钮，停止实验，

7、查看并保存数据。

9、上升移动横梁取下试件。实验结束后，点击“脱机”按钮，关闭实验软件，然后关闭试验机及计算机。 （三）扭转实验

1、测量试件直径d0，打开试验机电源预热仪器。

2、将试件安装于机器夹头中，并夹紧。

3、打开实验软件，点击试样录入按钮输入试验材料、试验方法、试验编号、

试样参数等。点击参数设置按钮，输入试验速度和转动夹头的转动方向、选择是否计算、试验结束条件等。

4、选择试验编号，将扭矩、扭角、转角清零。点击试验开始按钮开始试验。对于低碳钢试件在过屈服阶段后可逐渐加快试验速度。

5、当试件被扭断时，停止试验，将试件取下。 6、查看并保存数据。

7、点击“脱机”按钮，关闭实验软件。关闭试验机及计算机。

七、实验数据

（一）、拉伸试验

1、试验数据记录

将测得的试件尺寸的原始数据填入表1中，将通过实验测得的试验数据填入表2中。

表1 试件尺寸原始数据（单位：mm） 材 标原始直径d0 料 距 截面Ⅰ 截面Ⅱ 截面Ⅲ 最l0 （1） （2） （1） （2） （1) （2） 小处平均值 低 碳钢 铸 铁 截拉断处直径 面d1 面（1） （2） 平积 均 A0 断口处截面积 A1 拉断处的标距 l1 表2 测试数据 材料 低碳钢 铸铁 屈服载荷Ps（N） 最大载荷Pb（N） 2、写出实验数据的处理过程，并将实验结果填入表3中。 数据的处理过程：

（1）屈服极限的计算过程 低碳钢：

（2）强度极限的计算过程 低碳钢： 铸铁：

（3）延伸率的计算过程

（4）断面收缩率的计算过程

表3 实验结果 材料 延伸率 断面收缩率 屈服极限s（MPa） 强度极限b（MPa） 低碳钢 铸铁 （二）压缩试验 1、将试验测试数据填入表4 2、写出实验数据处理的过程。 （1）低碳钢的屈服极限的计算过程

（2）铸铁的强度极限的计算过程

3、将计算结果填入表4

表4 测试数据及实验结果 截面积 屈服极限 屈服极限最大载荷 强度极限原始直径d0（mm） 材 Ps（N） s（MPa） Pb（N） b（MPa） A0（mm2）料 （1） （2） 平均 低碳钢 铸 铁 （三）扭转试验 1、试验数据记录

试件尺寸的原始数据填入表5中，通过实验测得的试验数据填入表6中。

表5 试件尺寸原始数据（单位：mm） 材 料 截面Ⅰ （1） 低碳钢 铸 铁 （2） 原始直径d0 截面Ⅱ （1） （2） 截面Ⅲ （1) 最小处（2） 平均值 截面面积 A0 2、写出实验数据的处理过程，并将实验结果填入表6中 （1）低碳钢的剪切屈服极限的计算过程

（2）低碳钢的剪切强度极限的计算过程

（3）铸铁的剪切强度极限的计算过程

表6 测试数据及实验结果 材料 屈服扭矩 剪切屈服极限 最大扭矩 剪切强度极限 Mns（Nm） 低碳钢 铸铁 s（MPa） Mnb（Nm） b（MPa） 八、实验综合分析（包括对现象，所留数据比较，材料不同变形的优缺点，强度指标塑性指标的比较等，可以采用照片，图表，等方法来表述。）：

（综合三个实验的结果分析低碳钢和铸铁在拉伸、压缩和扭转时的力学性能）

学生可以发挥，但至少要包含以上内容。

本次的实验报告在扭转试验完成后一周内交齐。

力学实验教学中心

2009-3-2