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低碳鋼和鑄鐵壓縮變形破壞現象


一、實驗目的
    (1)比較低碳鋼和鑄鐵壓縮變形和破壞現象。
    (2)測定低碳鋼的屈服極限σs和鑄鐵的強度極限σb。
    (3)比較鑄鐵在拉伸和壓縮兩種受力形式下的機械性能、分析其破壞原因。
    二、驗儀器和設備
    (1)萬能材料試驗機。
    (2)游標卡尺。
    三、試件介紹
    根據國家有關標準,低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試件一般制成圓柱形試件。低碳鋼壓縮試件的高度和直徑的比例為3:2,鑄鐵壓縮試件的高度和直徑的比例為2:1。試件均為圓柱體。
    四、實驗原理及方法
    壓縮實驗是研究材料性能常用的實驗方法。對鑄鐵、鑄造合金、建筑材料等脆性材料尤為合適。通過壓縮實驗觀察材料的變形過程、破壞形式,并與拉伸實驗進行比較,可以分析不同應力狀態對材料強度、塑性的影響,從而對材料的機械性能有比較全面的認識。
    壓縮試驗在壓力試驗機上進行。當試件受壓時,其上下兩端面與試驗機支撐之間產生很大的摩擦力,使試件兩端的橫向變形受到阻礙,故壓縮后試件呈鼓形。摩擦力的存在會影響試件的抗壓能力甚至破壞形式。為了盡量減少摩擦力的影響,實驗時試件兩端必須保證平行,并與軸線垂直,使試件受軸向壓力。另外。端面加工應有較高的光潔度。
    低碳鋼壓縮時也會發生屈服,但并不象拉伸那樣有明顯的屈服階段。因此,在測定Ps時要特別注意觀察。在緩慢均勻加載下,測力指針等速轉動,當材料發生屈服時,測力指針轉動將減慢,甚至倒退。這時對應的載荷即為屈服載荷Ps。屈服之后加載到試件產生明顯變形即停止加載。這是因為低碳鋼受壓時變形較大而不破裂,因此愈壓愈扁。橫截面增大時,其實際應力不隨外載荷增加而增加,故不可能得到最大載荷Pb,因此也得不到強度極限σb,所以在實驗中是以變形來控制加載的。
    鑄鐵試件壓縮時,在達到最大載荷Pb前出現較明顯的變形然后破裂,此時試驗機測力指針迅速倒退,從動針讀取最大載荷Pb值,鑄鐵試件最后略呈故形,斷裂面與試件軸線大約呈45°。
    五、實驗步驟
    (1)試驗機準備。根據估算的最大載荷,選擇合適的示力度盤(量程)按相應的操作規程進行操作。(一般根據材料的不同宜選擇300KN液壓萬能試驗機和600KN液壓萬能試驗機)
    (2)測量試件的直徑和高度。測量試件兩端及中部三處的截面直徑,取三處中最小一處的平均直徑計算橫截面面積。
    (3)將試件放在試驗機活動臺球形支撐板中心處。
    (4)開動試驗機,使活動臺上升,對試件進行緩慢均勻加載,加載速度為0.5mm/min。對于低碳鋼,要及時記錄其屈服載荷,超過屈服載荷后,繼續加載,將試件壓成鼓形即可停止加載。鑄鐵試件加壓至試件破壞為止,記錄最大載荷。
    (5)取出試件,將試驗機恢復原狀。觀察試件。
    試驗后材料破壞情況
    觀察低碳鋼鑄鐵兩種材料的破壞變形情況,分析原因:
    低碳鋼:試樣逐漸被壓扁,形成圓鼓狀。這種材料延展性很好,不會被壓斷,壓縮時產生很大的變形,上下兩端面受摩擦力的牽制變形小,而中間受其影響逐漸減弱。
    鑄鐵:壓縮時變形很小,承受很大的力之后在大約45度方向產生剪切斷裂,說明鑄鐵材料受壓時其抗剪能力小于抗壓能力。

 更新時間:2020-1-8  
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