材料力学实验

1观察铸铁和低碳钢在拉伸时的断口表面形貌，分析低碳钢、铸铁拉伸时产生不同表面断裂形的本质原因 铸铁断口呈不平整状，是典型的脆性断裂，低炭钢断口外围光滑，是塑性变形区域，中部区域才呈现脆性断裂的特征。 表明，铸铁在超屈服应力下，瞬时断开 ，而低碳钢在超应力的时候，有塑性形变过程，直到拉伸后的断面面积减小到一定程度时，才瞬时断裂。

2铸铁和低碳钢在拉伸和压缩时力学性能的异同点、

低碳钢是指含碳量≤0.2%的铁碳金属物，铸铁的含碳量都是＞1%的黑色金属。所以，在实验比较它们在拉伸或压缩时的力学性质异同点，就要以其自身的机械性能来考虑。

低碳钢由于含碳量低，它的延展性、韧性和可塑性都是高于铸铁的，拉伸开始时，低碳钢试棒受力大，先发生变形，随着变形的增大，受力逐渐减小，当试棒断开的瞬间，受力为“0”，其受力曲线是呈正弦波＞0的形状。

铸铁由于轫性差，拉伸开始时，受力是逐步加大的，当达到并超过它的拉伸极限时，试棒断开，受力瞬间为“0”，其受力曲线是随受力时间延长，一条直线向斜上方发展，试棒断开，直线垂直向下归“0”。

同样的道理：低碳钢抗压缩的能力比铸铁要低，当对低碳钢试块进行压缩实验时，受力逐渐加大，试块随外力变形，当试块变形达到极限时，其受力也达到最大值，其受力曲线是一条向斜上方的直线。铸铁则不然，开始时与低碳钢受力情况基本相同，只是当铸铁试块受力达到本身的破坏极限时，受力逐渐减小，直到试块在外力下被破坏（裂开），受力为“0”其受力曲线与低碳钢拉伸时的受力曲线相同。

以上就是低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时力学性质的异同点。 3为什么灰铸铁压缩破坏的截面是与轴线成45度左右

是材料内部晶格间相对滑移而形成的，故称为滑移线。轴向拉压时，在与轴线成45°的斜截面上，有最大的剪应力

4将所获得低碳钢和铸铁的扭转破坏试验结果与拉伸、压缩试验结果相结合，分析二种材料脆韧性差别，对这两类材料的力学性能作出综合性评价 铸铁：

扭转试验——断口与轴线成45度，属于拉伸破坏

拉伸试验——断口是平面，属于拉伸破坏 压缩试验——45度碎裂，只能剪切破坏

脆性材料的抗剪切强度大于抗拉伸强度。弹性变形很小，基本无塑性变形，屈服强度与抗拉强度基本相同。

低碳钢：

扭转试验——变形很大，旋转很多圈，断口是平面，属于剪切破坏 拉伸试验——变形很大，断口缩颈后，端口有45度茬口，属于剪切破坏 压缩试验——呈腰鼓形塑性变形

韧性材料的抗剪切强度小于抗拉伸强度。弹性变形和塑性变形都很大。

隔离栅的组成材料低碳钢在压缩变形后变成鼓形的原因

隔离栅的组成材料低碳钢在压缩变形后变成鼓形的原因隔离栅组成材质低碳钢压缩变形

的原因是以低碳钢为代表的塑性材料，由于硬度小,富有延展性,抗压强度低,在压缩过程中,当应力小于屈服应力时,其变形情况与拉伸时基本相同;但当达到屈服应力后,试件会产生横向塑性变形，随着压力的继续增加,试件的横截面面积不断变大,同时由于试样两端面与试验机支承垫板间存在摩擦力，约束了这种横向变形，故试样出现显著的鼓胀,呈鼓形.

低碳钢在静压缩试验中，当应力小于比例极限或屈服极限时，它所表现的性质与拉伸时相似。而且比例极限与弹性模量的数值与拉伸试验所得到的大致相同，屈服极限也一样。当应力超过弹性极限以后，材料发生显著的塑性变形，圆柱形试件的高度缩短，直径增大。由于试验机平板与试件两端有摩擦力，致使试件两端的横向变形受到阻碍，于是试件呈现鼓形(图B)。随着载荷逐渐增加，试件继续变形，最后压成饼状。由于塑性良好的材料在压缩时，不会发生断裂，所以测不出材料的强度极限。

作为跪性材料，铸铁在压缩试验时所显示的机械性能的最大特点是抗压强度限比抗拉强度限高出数倍。图C是铸铁试块压缩时的应力应变曲线，图上虚线是拉伸时的?-?曲线，由图可见铸铁压缩时的?-?曲线也没有直线部分和屈服阶段，它是在很小的变形下出现断裂的。断裂的截面与轴线大约成45°，这一现象说明，铸铁受压时，在其与轴线相交45°的各斜截面上作用着最大剪应力，铸铁正是在这一剪应力作用下剪断的。

低碳钢和铸铁在拉伸与压缩时的机械性能反映了塑性材料和脆性材料的机械性能。比较两者，可以得到塑性材料和脆性材料机械性能的主要区别为:

1．塑性材料在断裂时有明显的塑性变形；而脆性材料在断裂时变形很小。

2．塑性材料在拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限和弹性模量都相同，它的抗拉和抗压强度相同。而脆性材料的抗压强度远高于抗拉强度。因此，脆性材料通常用来制造受压零件。应当注意，把材料划分成塑性和脆性两类是相对的，有条件的。随着温度、外力情况等条件的变化，材料的机械性能也会发生变化。

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