1、金属材料力学性能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
2、，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
3、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/T 2282002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
4、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
5、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L0mm直径d0 mm最小截面积A0mm2标距L1mm最小直径d1mm最小截面积A1mm2123平均 平均平均2 强度和塑
6、性指标材 料强度指标塑性指标ReHReLRm断后伸长率A断面收缩率Z3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/T101281988。图3 试样四 实验原
7、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d0 mm最小截面积A0mm2最小直径d1mm最小截面积A1mm2123平均 平均平均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？
