1、实验二 金属材料（低碳钢和铸铁）的压缩实验 一、实验目的 （1）比较低碳钢和铸铁压缩变形和破坏现象。 （2）测定低碳钢的屈服极限 s和铸铁的强度极限 b。 （3）比较铸铁在拉伸和压缩两种受力形式下的机械性能、分析其破坏原因。 二、验仪器和设备 （1）万能材料试验机。 （2）游标卡尺。 三、 试件介绍 根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形 试件。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为 3：2，铸铁压缩试件的高度和直 径的比例为 2：1。试件均为圆柱体。 四、实验原理及方法 压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料 等脆性材料尤为合适。通过压缩实验观
2、察材料的变形过程、破坏形式，并与拉 伸实验进行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材 料的机械性能有比较全面的认识。 压缩试验在压力试验机上进行。当试件受压时，其上下两端面与试验机支 撑之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈 鼓形。摩擦力的存在会影响试件的抗压能力甚至破坏形式。为了尽量减少摩擦 力的影响，实验时试件两端必须保证平行，并与轴线垂直，使试件受轴向压力。 另外。端面加工应有较高的光洁度。 低碳钢压缩时也会发生屈服，但并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。因此， 在测定 Ps 时要特别注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针等速转动，当材料 发生屈
3、服时，测力指针转动将减慢，甚至倒退。这时对应的载荷即为屈服载荷 Ps。屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变 形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横截面增大时，其实际应力不随外载荷增加 而增加，故不可能得到最大载荷 Pb,因此也得不到强度极限 ，所以在实验中b 是以变形来控制加载的。 铸铁试件压缩时，在达到最大载荷 Pb 前出现较明显的变形然后破裂，此时 试验机测力指针迅速倒退，从动针读取最大载荷 Pb 值，铸铁试件最后略呈故形， 断裂面与试件轴线大约呈 450。 图 22 低碳钢压缩图 铸铁压缩图 五、实验步骤 （1）试验机准备。根据估算的最大载荷，选择合适的示力度盘（量
4、程）按相应 的操作规程进行操作。 （2）测量试件的直径和高度。测量试件两端及中部三处的截面直径，取三处中 最小一处的平均直径计算横截面面积。 （3）将试件放在试验机活动台球形支撑板中心处。 （4）开动试验机，使活动台上升，对试件进行缓慢均匀加载，加载速度为 0.5mm/min。对于低碳钢，要及时记录其屈服载荷，超过屈服载荷后，继续加载， 将试件压成鼓形即可停止加载。铸铁试件加压至试件破坏为止，记录最大载荷。 （5）取出试件，将试验机恢复原状。观察试件。 试验后材料破坏情况 观察低碳钢铸铁两种材料的破坏变形情况，分析原因： 低碳钢：试样逐渐被压扁，形成圆鼓状。这种材料延展性很好，不会被压断， 压
5、缩时产生很大的变形，上下两端面受摩擦力的牵制变形小，而中间受其影响 逐渐减弱。 铸铁：压缩时变形很小，承受很大的力之后在大约 45 度方向产生剪切断裂，说 明铸铁材料受压时其抗剪能力小于抗压能力。 图 23 低碳钢、铸铁压缩后变形图 六、实验结果的处理 （1）计算低碳钢的屈服极限 s （2.1）0APs （2）计算铸铁的强度极限 b 0b （2.2） 其中 ， 为试件实验前最小直径。20041dA 七、思考题 （1）为何低碳钢压缩测不出破坏载荷，而铸铁压缩测不出屈服载荷？ （2）根据铸铁试件的压缩破坏形式分析其破坏原因，并与拉伸作比较？ （3）通过拉伸与压缩实验，比较低碳钢的屈服极限在拉伸和压缩时的差别？ （4）通过拉伸与压缩实验，比较铸铁的强度极限在拉伸和压缩时的差别？ 八、实验记录参考表格 表 21 试件原始尺寸 直径（ ）m 横截面 1 横截面 2 横截面 3材 料 高度 （ ）m（1 ） （2 ） 平均 （1 ） （2 ） 平均 （1 ） （2 ） 平均 最小横截 面面积 A0（ 2m ） 低 碳 钢 铸 铁 表 22 实验数据 破坏形式简图 材料 屈服载荷 （kN） 屈服极限 （Mpa） 最大载荷 （kN） 强度极限 （Mpa） 低碳钢 铸铁 低碳 钢 铸铁
