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金属材料压缩实验一、实验目的1. 测定低碳钢压缩时的下屈服强度Rl (或屈服极限Q);eLs2. 测定铸铁压缩时的抗压强度Rm (或抗压强度极限入);3. 观察并比较低碳钢和铸铁在压缩时的缩短变形和破坏现象。二、预习思考要点1. 用短圆柱状低碳钢和铸铁试样做压缩实验时,怎样才能做到使其轴向(心)受 压?放置压缩试样的支承垫板底部为什么制作成球形?2. 圆柱状低碳钢试样被压缩成饼状而不破碎,而圆柱状铸铁试样被压破裂面常发 生在与轴线大致成45。55。方向上,二者的变形特征与破坏形式为什么不同?三、实验仪器和设备1 .万能材料试验机2.游标卡尺。四、实验试样对于低碳钢和铸铁类金属材料,按照GB 73141987金属压缩试验方法的规定, 金属材料的压缩试样多采用圆柱体如图1-9所示。试样的长度L 一般为直径d的2.5 3.5倍,其直径d = 10mm20mm。也可采用正方形柱体试样如图1-10所示。要求试样端面应尽量光滑,以减小摩阻力对横向变形的影响。图 1-9 圆柱体试样图 1-10 正方形柱体试样1:0.0005A丄1:0.001H五、实验原理低碳钢:以低碳钢为代表的塑性材料,轴向压缩时会产生很大的横向变形,但由于试样两端面与试验机支承垫板间存在摩擦力,约束了这种横向变形,故试样出现显著 的鼓胀效应如图 1-11 所示。为了减小鼓胀效应的影响,通常的做法是除了将试样端面 制作得光滑以外,还可在端面涂上润滑剂以利最大限度地减小摩擦力。低碳钢试样的压 缩曲线如图 1-12 所示,由于试样越压越扁,则横截面面积不断增大,试样抗压能力也随之提高,故曲线是持续上升为很陡的曲线。从压缩曲线上可看出,塑性材料受压时在 弹性阶段的比例极限、弹性模量和屈服阶段的屈服点(下屈服强度)同拉伸时是相同的。 但压缩试验过程中到达屈服阶段时不像拉伸试验时那样明显,因此要认真仔细观察才能 确定屈服荷载Fl,从而得到压缩时的屈服点强度(或下屈服强度)R L =Fl/S0。由于LLL 0低碳钢类塑性材料不会发生压缩破裂,因此,一般不测定其抗压强度(或强度极限) Rm,而通常认为抗压强度等于抗拉强度。图 1-11 低碳钢压缩时的鼓胀效应II铸铁:对铸铁类脆性金属材料,压缩实验时利用试验机的自动绘图装置,可绘出铸铁试样压缩曲线如图 1-13 所示,由于轴向压缩塑性变形较小,呈现出上凸的光滑曲 线,压缩图上无明显直线段、无屈服现象,压缩曲线较快达到最大压力 Fm ,试样就突然发生破裂。将压缩曲线上最高点所对应的压力值Fm除以原试样横截面面积S0,即得铸 铁抗压强度Rm = Fm/S。在压缩实验过程中,当压应力达到一定值时,试样在与轴线大 约45。55。的方向上发生破裂如图1-14所示,这是由于铸铁类脆性材料的抗剪强度远图 1-14 铸铁压缩破坏示意图六、实验步骤1用游标卡尺在试样两端及中间三处两个相互垂直方向上测量直径,并取其算术 平均值,选用三处中的最小直径来计算原始横截面面积 S0。2. 根据低碳钢屈服荷载和铸铁最大实际压力的估计值(它应是满量程的 40% 80%),选择试验机及其示力度盘,并调整其指针对零。对试验机的基本要求,经国家 计量部门定期检验后应达到 1 级或优于1 级准确度,实验时所使用力的范围应在检验范 围内。3. 调整好试验机上的自动绘图装置。4. 将试样端面涂上润滑剂后,再将其准确地置于试验机活动平台的支承垫板中心 处。对上下承压垫板的平整度,要求 100mm 应小于 0.01mm。5. 调整好试验机夹头间距,当试样端面接近上承压垫板时,开始缓慢、均匀加载。 在加载实验过程中,其实验速度总的要求应是缓慢、均匀、连续地进行加载,具体规定 速度为 0.50.8MPa/S。6. 对于低碳钢试样,若将试样压成鼓形即可停止实验。对于铸铁试样,加载到试 样破裂时(可听见响声)立即停止实验,以免试样进一步被压碎。7. 做铸铁试样压缩时,注意在试样周围安放防护网,以防试样破裂时碎碴飞出伤 人。七、实验结果处理 根据实验测定的数据,可分别计算出低碳钢和铸铁的强度性能指标,并按前述拉伸 实验中表 1-6 规定进行修约。1. 低碳钢的下屈服强度(或屈服极限指标R = F /S( 1-22)eL eL 02. 铸铁的抗压强度指标R = F /S( 1-23)m m 0八,思考题
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