低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗

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。