金属材料的压缩实验

一、实验目的

（1）观察与分析低碳钢、灰铸铁在压缩过程中的力学现象，并绘制压缩图。

（2）测定压缩时低碳钢的σs，灰铸铁的σb。

（3）比较低碳钢与灰铸铁的力学性能。

二、实验仪器和设备

（1）WA唱1000B型电液式万能材料试验机。

（2）游标卡尺。

三、实验试件

为了能对各种材料的试验结果作比较，金属材料压缩试样一般采用圆柱形标准试样（见图2．1）。

（1）试样高度和直径的比例要适宜。试件太高，容易产生纵向不稳定现象；试件太短，试验机垫板与试件两端面间的摩擦力（见图2．2）对试件实际的承载能力产生影响。为保证试样在试验过程中均匀单向压缩，且端部不在试验结束之前损坏，国家标准枟金属材料室温压缩试验方法枠（GB／T7314—2005）推荐无约束压缩试样尺寸为

（2）试件置于试验机的球形承垫中心位置处（见图2．3），以防试件两端面稍有不平，起调节作用，使压力均匀分布，其合力应通过试件轴线。

图2．1

图2．2

图2．3

（3）试件两端的平面应加工光滑，以减小摩擦力的影响。实验时，通常还在两端部加适量的润滑油。

四、实验原理

（一）低碳钢压缩实验

低碳钢受压时与受拉时一样有比例极限和屈服极限，但不像拉伸时那样有明显的屈服现象。因此，在测定压缩的屈服载荷Fs时，要特别细心观察。在缓慢匀速加载下，试验机的测力指针会突然停留，或倒退，或指针转速突然减慢。如果指针停留，则以指针所指载荷作为屈服载荷Fs；如果指针倒退，则以指针所指最低载荷作为屈服载荷Fs；如果指针转速突然减慢，此时主动指针所指载荷即作为屈服载荷Fs。

过了屈服点，塑性变形迅速增加，试件横截面面积也随之增大，而增大的面积能承受更大的载荷。因此，压缩曲线迅速上升，自动绘图仪可绘出低碳钢压缩图（见图2．4）。

低碳钢试件最后可压成饼状而不破坏，故无法测定最大载荷Fb。

（二）灰铸铁压缩实验

灰铸铁试件受压缩时，在达到最大载荷Fb前会出现较大的弹性变形才发生破裂，此时测力指针迅速倒退，由随动指针可读出最大载荷Fb，自动绘图仪可绘出铸铁压缩图（见图2．5）。

灰铸铁试件最后被压成腰鼓形，表面出现与试件轴线约成45°的倾斜裂纹。

图2．4

图2．5

五、实验步骤

（1）测量并记录试件高度及横截面直径。

（2）根据估计的最大载荷选择合适载荷，试验机清零。

（3）将试件两端涂上润滑剂，然后放在试验机活动台支承垫中心处。

（4）开动试验机，使移动横梁下移，当移动横梁与低碳钢试件接触受力后，要控制加载速度，使载荷缓慢均匀增加，注意观察测力窗口与变形的变化情况，从而判断试件是否已达到屈服阶段，及时记录屈服载荷Fs。超过屈服载荷后，继续加载，低碳钢试件被压成腰鼓形即可停止。

（5）铸铁试件加压至试件破坏为止，记录最大载荷Fb。

六、实验结果处理

（1）根据所测低碳钢的压缩屈服载荷Fs计算压缩屈服极限σs，即

（2）根据所测铸铁的压缩最大载荷Fb计算压缩强度极限σb，即

式中