目 录
实验一 低碳钢拉伸实验………………………… ……2
实验二 铸铁拉伸实验…………………………………10
实验三 低碳钢和铸铁压缩实验………………………14
填写实验报告的要求
1.实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真填写在关表格中；
2.根据实验目的和要求，对实验数据进行整理计算，并将计算结果填写在相应的表格中；
3.在实验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析；
4.对实验结果进行分析，对出现的误差应扼要地说明原因；
5.要求书写整洁，字体端正。
实验一 低碳钢的拉伸实验
一 、实验目的
1、观察低碳钢在拉伸过程中的各种现象，了解试件变形随荷载的变化规律。
2、测试低碳钢在拉伸过程中的几个力学性能指标：屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率。
3、了解拉伸实验的原理和方法，掌握万能试验机的操作要领。
二 、实验设备、量具及试件
实验设备
1、液压式万能试验机
1.主动针 2.从动针 3.摆杆架 4.描绘筒 5.缓冲阀
6.测力活塞 7.测力油缸 8.摆砣 9.高压油蹦 10.油箱
11.丝杆 12.放大器 13.测力油管 14.高压油管 15.控制阀
16.上横梁 17.上夹具 18.试件 19.下夹具 20.动横梁
21.试抬 22.机座 23.工作活塞 24.工作油缸 25.光杆
加力部分（试验机主机）
开动电机带动高压油泵工作，通过控制阀将油压入工作油缸，推动活塞带动上横梁及工作台上升，此时如果试件安装在上下夹头中，则试件受拉伸；如果试件安放在工作台及横梁中，则由于工作台上升而使试件受压缩或弯曲。其工作台及上横梁的上升速度有控制阀掌握，动横梁的位置可由控制台上的按纽来调节。实验完毕，将控制阀开至卸载位置。
测力部分（即荷载测量机构）
工作油通过高压油管与测力油缸相通。测件受力后，工作油缸的压力传到测力油缸，是测力活塞连杆上移，从而带动摆杆摆砣转动，其转动角度与测力活塞受压成一定比例，并通过机械运动，转换成指针转动，使表盘中指示出试件所受载荷F的数值。同时，由于工作台的上升，通过放大器带动自动绘图装置而与表盘内齿杆相连的记录笔，也向右移动，从而在记录纸上画出试验过程的“荷载——变形”曲线。
2、电子式万能试验机
1.立柱；2.拉伸夹具；3.拉伸试件； 4.移动横梁； 5.测力传感器； 6.压缩夹具；
7.弯曲夹具；8.下横梁；9.同步齿形传动带； 10.带轮； 11.光电编码器；
12.伺服电机；13.上横梁；14.滚珠丝杠；15.引伸计；16.手控键盘；17.减速机
电子万能试验机是双空间式的，其移动横梁与上横梁之间的空间为拉伸实验空间，移动横梁与下横梁之间的空间为压缩实验空间。在拉伸空间安装有拉伸夹具，在压缩空间安装有压缩夹具和弯曲夹具。测力传感器、引申计、光电编码器、数据采集电路（与控制系统集成在一起）组成测量系统，测力传感器用于测量实验载荷，引伸计用于测量试件的变形，光电编码器用于测量横梁移动的位移。各个测量信号均经过数据采集电路送入计算机存储、处理和显示。伺服电机的输出功率经减速器、同步齿形传动带传递给滚珠丝杠，然后滚珠丝杠带动移动横梁升降将实验载荷施加到试件上。伺服控制器与伺服电机和光电编码器组成闭环控制系统，控制移动横梁的运动。伺服控制器向上经过控制电路与计算机联系，最终由计算机实现对可移动横梁的运动进行控制，包括位置、速度等。
由于电子万能试验机采用了闭环控制，加载过程和数据采集都是在计算机的控制下完成的，因此可以选择不同的参数控制方式进行实验。参数控制方式是指以应力（或载荷）、位移、应变等诸实验参数中的某一个作为加载控制因素。例如，位移控制就是设定的横梁的运动速度（通常是恒定速率的），让试验机按照设定的横梁速度和方向对试件进行加载。
3、量具：游标卡尺
4、试件
为了使实验数据可以相互比较，应按国标GB228-2002的规定作成标准试件，如因材料尺寸限制等原因不能做成标准试时，应按规定作成比例试件。
图1-3
L0—标距
d0—试验前圆截面试件标距部分的直径
A0—试验前试件标距部分的截面面积
三 、实验原理
图1-4
在做低碳钢拉伸实验时，试验机能自动绘出表示荷载与变形关系的拉伸图，如图1-4，整个过程包括弹性变形阶段（OA）、塑性屈服阶段（BC）、强化阶段（CD）、局部颈缩阶段（DE）。在实验的过程中可看到几个现象：（1）弹性现象；（2）屈服现象；（3）颈缩现象。
由实验可知，图中OA部分当卸载后，试件立即恢复原状，变形与载荷成正比，只就是虎克定律所表示的直线关系，这种变形是弹性变形。当载荷增加到一定值，即图BC段锯齿型平台处，测力计刻度盘指针停止转动或来回摆动，此时载荷不增加或减少，而试件还继续伸长，这种现象叫屈服现象。若试件表面经过抛光处理，则可观察到试件表面上出现与轴线约成45°角的倾斜条纹，是由于金属材料内部晶格之间之间产生相对滑移而形成的，使材料产生相对滑移而形成的，使材料产生塑性变形。国际规定，首次下降最小载荷处为下屈服点Fs。过了屈服阶段后，材料强化，载荷继续上升，为了观察冷作现象，可以在某点A处停止加载，则曲线沿O1A′DE规律变化。载荷继续升到最大值即图D点时，试件截面的某一位置，开始急剧缩小致使负荷下降，即为材料的颈缩现象，F b为最大载荷。
四 、实验步骤
1、测量试件尺寸
1）测量试件直径d0，对于圆试件在计算长度内在两端及中部三处用游标卡尺测量，每一处都要在两个相互垂直的方向上量出直径，取其平均直径最小截面处的平均直径作为试件的直径。
2）确定计算长度L0。在试件中间等粗的细长部分内，量取计算长度L0 (按10倍或者5倍试件确定)。然后,用刻线机或笔把计算长度L0分成若干等分(通常是以5mm或10mm为一等分)。以便当试件断裂不在中间时进行换算，从而求得比较正确的伸长率。但刻、划线时应尽量轻微。
2、调整试验机
1）液压式万能试验机
试件的最大载荷选择相应的测力度盘，配好相应的摆陀，把缓冲阀转到相应位置，指针归零，检查和安装好自动绘图结构。
2）电子式万能试验机
根据试件的材料和尺寸、估计试件大致能承受的载荷，从而选定好相应的拉力传感器，进行试件的参数设定和调零，检查数据记录及打印输出装置是否连接。
3安装试件
1）将试件装入夹具。
2）注意避免试件放斜或歪曲。
4进行实验
注意观察试件在拉伸过程中的形状变化和曲线的变化情况，试件拉断后，立即停机存盘、打印所得拉伸图和记录最大荷载并观察颈缩现象。
5实验结束
1）关机
2）测量试件后标距长度L1和颈缩处的最小直径d1。测量时将试件的两半对接在一起，使其尽量紧贴。
实验一 低碳钢拉伸实验报告
指导教师___________ 实验日期___________
一、实验目的
二、实验设备和试件
三、实验数据
表1 试件几何尺寸
|
实验前 |
实验后 |
|
原始标距
L0 (mm) |
|
断后标距
L1 (mm) |
|
|
平
均
直
径
do
(mm) |
截面Ⅰ |
1 |
|
|
断
裂
处
直
径
d1
(mm) |
1 |
|
|
2 |
|
|
截面Ⅱ |
1 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
截面Ⅲ |
1 |
|
|
平均 |
|
|
2 |
|
|
最小平均直径do
(mm) |
|
断裂处截面面积A1
(mm2) |
|
|
初始截面面积Ao
(mm2) |
|
表2 测算弹性模量E的实验记录
|
载荷
P1
(KN) |
引伸仪读数
C1
(格) |
读数增量
∆C i =C i+1-C i
(格) |
变形增量
δ（∆l）i =∆C i /K
(mm) |
单项弹性模量
E i =∆Pl0‘/
[δ（∆l）i A0]
(Gpa) |
|
|
1
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
2
|
|
2 |
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|
2 |
|
2 |
|
2 |
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|
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3
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|
3 |
|
|
|
3 |
|
3 |
|
3 |
|
|
|
4
|
|
4 |
|
|
|
4 |
|
4 |
|
4 |
|
|
|
5
|
|
5 |
|
|
|
5 |
|
5 |
|
5 |
|
|
|
6
|
|
6 |
|
|
|
∆P=______KN |
引伸仪标距l0‘=______mm |
引伸仪放大倍数K=______ |
|
表3 测定屈服载荷和极限载荷的实验记录
四、试件拉伸时主要力学性能计算结果
1、 弹性模量E=________________________=____________Gpa
2、 屈服极限σs=Ps/Ao=________________________=____________Mpa
3、 强度极限σb=Pb/Ao=________________________=____________Mpa
4、 延伸率δ=[(l1- l0 )/ l0]×100%=_________________=____________%
5、 截面收缩率Ψ=[(A0- A1)/A0]×100%=_______________=_________%
五、结果分析及问题讨论
（贴图纸处）
实验二 铸铁拉伸试验
一 、实验目的
1、测定铸铁拉伸强度极限
。
2、比较低碳钢与铸铁的拉伸机械性能和破坏形式。
二 、实验设备及量具
1、万能试验机。
2、游标卡尺。
三 、实验的内容与原理
铸铁是脆性料，其拉伸图如图1-5，在拉伸过程中不产生屈服和颈缩现象，很快达到最大载荷Fb而突然断裂。其值远小于低碳钢的强度极限。整个拉伸过程中变形极小，伸长量不中试件原长时0.5%，而延伸率则更小。
四 、实验方法和步骤
参考低碳钢拉伸实验。
图1-5
三 实验结果处理
1、根据低碳钢拉伸实验记录的Fs和Fb；可按下面公式得出材料强度方面的性能：0
屈服极限 σs=Fs/A0
强度极限 σb=Fb/A0
2、根据低碳钢拉伸前后的d0、L0、d1、 L1，求出材料塑性方面的性能：
延伸率 δ= 
断面收缩率 ψ=
3、由铸铁拉伸记录Fb，求出其强度极限
σb=Fb/A0
五 、实验结果分析讨论
1、从材料的强度指标、塑性指标和破坏断口等方面比较低碳钢和铸铁的拉伸机械性质。
2、从拉伸图F—ΔL曲线上看，低碳钢试件在最大载荷D点时不断裂而载荷降至E点时反而断裂，为什么？
实验二 铸铁拉伸实验报告
指导教师___________ 实验日期___________
一、实验目的
二、实验设备和试件
三、实验数据
表4 试件几何尺寸及测定极限载荷的实验记录
|
平
均
直
径
do
(mm) |
截面Ⅰ |
1 |
|
|
最小平均直径
do
(mm) |
|
|
2 |
|
|
截面Ⅱ |
1 |
|
|
截面面积
Ao
(mm2) |
|
|
2 |
|
|
截面Ⅲ |
1 |
|
|
极限载荷
Pb
（KN） |
|
|
2 |
|
四、试件拉伸时主要力学性能的计算结果
强度极限σb=Pb/Ao=________________________=____________Mpa
五、结果分析及问题讨论
（贴图纸处）
实验三 低碳钢和铸铁压缩
一 、实验目的
1、测定压缩时低碳钢的屈服极限和铸铁的强度极限。
2、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。
二 、实验设备
1、万能试验机
2、游标卡尺
三 、试件
压缩试件为圆柱形，如图2-1所示，不宜太高，否则，容易压弯，也不宜太短，否则试件上下端面与实验机承压座之间产生摩擦力，对试件的承压力产生影响，一般试件规定为
，通常脆性材料
，端面光洁度为▽7-▽9。
图2-1
四 、实验原理
图2-2 图2-3
1、低碳钢
低碳钢为塑性材料，其压缩图如图2-2所示，开始时遵守胡克定律沿直线上升，比例极限以后变形加快，但无明显屈服阶段。相反的，图形逐渐向上弯曲。这是因为在过了比例极限后，随着塑性变形的迅速增长，而试件的横截面积逐渐增大，而承受的载荷也随着增大。
从实验知道，低碳钢试件可以被压成极薄的平板而不被破坏。因此，其强度极限一般是不能确定的。只能确定的是压缩的屈服极限应力（图2-2）
σs=Fs/A0
2、铸铁
铸铁为脆性材料，其压缩曲线在开始时接近于直线，与纵轴之夹角很小，以后曲率逐渐增大，最后至破坏，因此只能确定其强度极限（图2-3）
σb=Fb/A0
铸铁试件受压力而缩短，表明有很少的塑性变形的存在。当载荷达到最大值时，试件即破坏，并在其表面上出现了倾斜的裂缝，铸铁受压后的破坏是突然发生的，是脆性材料的特性。
从实验的结果与以前的拉伸实验结果作一比较，可以看出，铸铁承受压缩的能力远远大于承受拉伸的能力。抗压强度远远大于抗拉强度，这是脆性材料的一般属性。
五 、实验步骤
1、用游标卡尺测量试件的高度h0和直径d0取互相垂直方向直径的平均值作为试件的直径。
2、将试件置于试验机承压部位。
3、在试件没有受力时进行调整。
4、开机进行实验，一直到试件破坏（注意低碳钢不能压到破坏，压到45KN时即停止实验）。
5、低碳钢记录屈服荷载F,铸铁记录最大荷载Fb。
6、卸去载荷，取出破坏试件。
7、打印出实验曲线。
8、关机。
六 、实验结果处理
1、根据低碳钢压缩时记录的Fs，求出其屈服极限
σs=Fs/A0
2、根据铸铁压缩时记录的Fb求出其强度极限
σb=Fb/A0
七 、实验结果分析与讨论
1、低碳钢为什么不能得到抗压极限强度？
2、低碳钢和铸铁在压缩时的力学性能有什么区别？
实验三 低碳钢和铸铁压缩实验报告
指导教师___________ 实验日期___________
一、实验目的
二、实验设备和试件
三、实验数据
表5 试件几何尺寸及测定屈服和极限载荷的实验记录
|
材料 |
试件几何尺寸 |
屈服
载荷Ps
（KN） |
极限
载荷Pb
（KN） |
|
直径do(mm) |
直径ho(mm) |
面积Ao(mm2) |
|
低碳钢 |
1 |
|
2 |
|
平均 |
|
|
|
|
|
|
铸铁 |
1 |
|
2 |
|
平均 |
|
|
|
|
|
四、试件压缩时主要力学性能的计算结果
1、低碳钢屈服极限σs=Ps/Ao=________________________=____________Mpa
2、铸铁强度极限σb=Pb/Ao=________________________=____________Mpa
五、结果分析及问题讨论
（贴图纸处）