域。同时为试样和设备提供保护以减少潜在的危险。
五．试验结果记录及数据处理：
根据力学性能指标的计算公式及试验中所测定的数据，分别计算出材料的各力学性能参数，根据试验所绘出的P-ΔL图，画出图。对试验中的各种现象及破坏情况进行分析和比较，并写进实验报告中。
完成实验后，每个学生都要独立写出实验报告。实验报告是对所作试验的综合报告，其要求包括：用自己的语言，准确扼要的叙述实验的目的、原理、步骤和方法，记录所使用的设备和仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容。要求做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。
六．思考题：
1. 低碳钢在拉伸过中可分为几个阶段，各阶段有何特征？
2. 低碳钢和铸铁在拉伸和压缩实验中的性能和特点有什么不同？比较低碳钢与铸铁试件拉伸与压缩图
的差异。比较低碳钢与铸铁试件在拉伸与压缩时的力学性能。比较低碳钢与铸铁试件在拉伸与压缩破坏时形状。比较铸铁试件在拉伸与压缩时的强度。 3. 何谓“冷作硬化”现象？此现象在工程中如何运用。 4. 为什么低碳钢压缩时测不出强度极限？
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5. 铸铁压缩时沿大约45斜截面破坏，拉伸时沿横截面破坏，这种现象说明了什么？
（附：）实验报告格式参考
一．实验目的：
二．实验设备仪器：
三．实验原理：
四．实验步骤：
五．实验数据记录及结果处理： 1．拉伸实验：
1）实验前拉伸试件尺寸： 材料名称 碳 钢 铸 铁
标距L0mm 横截面Ⅰ 1 2 平均 1 直径D(mm) 横截面Ⅱ 2 平均 1 横截面Ⅲ 2 平均 最小横截面面积A 0 (mm2 ) 6
2）实验数据： 材料 碳钢 铸铁
3）计算结果： 材料名称 碳钢 铸铁 强 度 指 标 屈服极限σs（MPa） 强度极限σb（MPa） 塑 性 指 标 延伸率δ(%) 截面收缩率 屈服载荷 p s（kN） 最大载荷 p b（kN） 拉断后标距L 1 （mm） 颈缩处直径 d 1 （mm） 颈缩处最小横截 面积A 1 （mm2 ） ψ (%) ?
4）根据试验结果绘制拉伸（ζ-ε）曲线及试样断口草图。
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材料 拉 伸 试 件 破 坏 断 口 草 图 碳 钢 铸 铁
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2．压缩实验
1）试件尺寸及测试结果 材 料 直 径 截 面 积 高 度 屈服载荷 最大载荷 屈服强度 抗压强度 低 碳 钢 D = mm A0 = mm h = mm Ps= kN 无 ?s= MＰa 无 2铸 铁 D = mm A0 = mm h = mm 无 Pb = KN 无 ?b = MPa 2压缩试件破坏草图 图 2）根据实验结果绘制压缩图（ζ-ε）曲线
?? 六．思考题回答：
1) 低碳钢在拉伸过中可分为几个阶段，各阶段有何特征？
2) 低碳钢和铸铁在拉伸和压缩实验中的性能和特点有什么不同？比较低碳钢与铸铁试件拉伸与压
缩图的差异。比较低碳钢与铸铁试件在拉伸与压缩时的力学性能。比较低碳钢与铸铁试件在拉伸与压缩破坏时形状。比较铸铁试件在拉伸与压缩时的强度。 3) 为什么低碳钢压缩时测不出强度极限？
o
4) 铸铁压缩时沿大约45斜截面破坏，拉伸时沿横截面破坏，这种现象说明了什么？
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实验二 金属材料扭转破坏实验
一．实验目的：
1．测定铸铁的扭转强度极限ηb
2．测定低碳钢材料的扭转屈服极限ηs及扭转条件强度极限ηb。
3．观察比较两种材料的扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。
二．实验设备仪器：
1．扭转试验机 2．刻度机 3．游标卡尺
三．实验原理：
扭转破坏试验是材料力学实验最基本最典型的实验之一。将试件两端夹持在扭转试验机夹头中。试验时，一个夹头固定不动，另一夹头绕轴转动，从而使试件产生扭转变形。
低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩Mn与扭转角θ成正比关系，横截面上剪应力沿半径线性分布如图a所示。随着扭矩Mn的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限
?s且塑性区逐渐向圆心扩展，
形成环形塑性区见图b 。但中心部分仍是弹性的。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区如图C所示。
这时，试验机指针基本不动此时对应的扭矩即为屈服扭矩Ms。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升而无下降情况，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩Mb。扭转屈服极限ηb按下式计算，即
?s?Ms,Wp?b?
MbWp
其中式中
Wp??16d3为试件抗扭截面模量。
铸铁受扭时，在很小的变形下发生破坏。从扭转开始直到破坏为止，扭矩Mn与扭转角近似成正比关系，且变形很小。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩Mb，可据下式计算出
9
扭转强度极限ηb，即
?b?
WbWp
试件受扭，材料处于纯剪应力状态如图14所示。在与杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应为ζ1=η，ζ3=-η的作用。
低碳钢圆形试件的破坏断面与曲线垂直见图a ，显然是沿最大剪应力的作用面发生断裂，为剪应力作用而剪断。故低碳钢材料的抗剪能力低于抗拉（压）能力；铸铁圆形试件破坏断面与轴线成45°螺旋面 见图b ，破坏断口垂直于最大拉应ζ1方向，断面呈晶粒状，这是正应力作用下形成脆性断口，故铸铁材料是当最大拉应力首先达到其抗拉强度极限时，在该截面发生拉断破坏。
四．实验步骤： 1．低碳钢扭转实验
1）用游标卡尺测量试件直径，用刻度机在试件标距两端刻划圆周线，用粉笔沿轴线方向划一直线，待试验机准备好后装到试验机上。
2）根据低碳钢的剪切强度极限ηb估计Mb，选择合适的测扭矩度盘，复习扭转试验机操作规程，调整测扭矩的指针，对准零点，并检查自动绘图器
3）请教师检查以上步骤完成情况，并开动试验机运行，检查试验机是否处于正常状态。
4）开始加载时，要用慢速，使自动绘图器也同时工作。当Mn –θ图开始由直线变为曲线时，即表明扭矩已达到Mp。此时，注意观察试验机扭矩度盘上的指针，若它停止转动，即说明材料发生屈服，记录此时的扭矩Ms。
5）经过屈服阶段，即可快速加载直至剪断为止，停车，由副针读出最大扭矩Mb，以测角度盘上读出破坏时的扭转角θ。
6）试验结束 2．铸铁试验
1）试验步骤与低碳钢试件类同，用游标卡尺测量试件直径，根据铸铁的剪切强度极限ηb，估计最大扭矩Mb，选择合适的扭矩度盘。
2）把试件装入试验机，用自动绘图器记录Mn –θ图，加载直到试件断裂，由扭矩度盘上的副针读出Mb 。
五．思考题：
1．根据拉伸、压缩和扭转三种试验结果，从载荷---变形曲线、强度指标及试件上一点的应力状态图和破坏断口等方面综合分析低碳钢与铸铁的机械性质。
2．铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭矩的方向有无直接关系？为什么？
（附）试验报告要求
一．实验目的：
二．实验设备仪器：
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