一、实验名称
低碳钢与铸铁的拉伸及压缩性能测试实验
二、实验目的
1. 测定低碳钢在拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ。
2. 测定铸铁在拉伸时的强度极限σb。
3. 观察低碳钢和铸铁在拉伸与压缩过程中的变形规律及破坏现象。
4. 掌握万能材料试验机的工作原理及操作规程。
三、实验设备及试件
1. 设备：微机控制电子万能试验机（型号：WDW-100）。
2. 量具：游标卡尺（精度0.02mm）。
3. 试件：
标准圆截面拉伸试件（低碳钢、铸铁），标距L0=100mm，直径d0=10mm。
标准圆截面压缩试件（低碳钢、铸铁），高度H0=15mm，直径d0=10mm。
四、实验原理
材料在静载荷作用下表现出的强度、塑性和韧性等性能，是机械设计和选材的基本依据。本实验在常温下以缓慢平稳的加载方式（准静态）进行。
1. 拉伸实验：通过试验机对试件施加轴向拉力，自动绘制载荷-位移（P-ΔL）曲线（经转换可得应力-应变σ-ε曲线）。低碳钢的曲线典型分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩断裂阶段，由此可确定其各项性能指标。铸铁拉伸时无明显塑性变形，近似为一直线至突然断裂。
2. 压缩实验：对短圆柱试件施加轴向压力。低碳钢压缩时，屈服前曲线与拉伸相似，屈服后因塑性变形横截面增大而无法压断。铸铁压缩时，在较小变形下沿大约45°斜面发生剪切断裂，其抗压强度远高于抗拉强度。
五、实验步骤
1. 试件准备：用游标卡尺在试件标距两端及中间各测一次直径，取最小值计算横截面积A0。在标距范围内用划线器划出等分标记线。
2. 设备准备：开机，启动控制软件，选择相应实验方案，设置参数（如试件尺寸、试验速度）。
3. 安装试件：先将试件上端夹入试验机上夹头，调整下夹头位置后再夹紧下端，确保试件轴向受力。
4. 进行实验：点击软件开始按钮，试验机自动加载。密切观察拉伸过程中的屈服、颈缩等现象。试件断裂后立即停止。
5. 数据记录：软件自动记录并保存最大载荷、屈服载荷等关键数据。取下试件，将断裂两段紧密对接，测量断裂后的标距L1和颈缩处最小直径d1。
6. 压缩实验：更换压头夹具，将压缩试件对中放置于下压板中心，重复加载过程，观察破坏形态。
7. 整理：实验完毕，清理试件碎屑，关闭设备电源。
六、实验结果与数据处理
1. 原始数据记录表（示例）
| 材料 | 初始直径d0(mm) | 初始截面积A0(mm²) | 断后标距L1(mm) | 颈缩处直径d1(mm) | 最大载荷Pb(kN) | 屈服载荷Ps(kN) |
| :--
| 低碳钢 | 10.02 | 78.85 | 125.6 | 6.50 | 42.5 | 30.2 |
| 铸铁 | 10.01 | 78.71 | (无塑性) | (脆断) | 18.7 | (无屈服) |
2. 性能指标计算（以低碳钢为例）
屈服极限：σs = Ps / A0 = 30200N / 78.85mm² ≈ 383 MPa
强度极限：σb = Pb / A0 = 42500N / 78.85mm² ≈ 539 MPa
延伸率：δ = [(L1
断面收缩率：ψ = [(A0
铸铁抗拉强度：σb = Pb / A0 = 18700N / 78.71mm² ≈ 238 MPa
七、实验结果分析
1. 现象与曲线分析：低碳钢拉伸时，屈服阶段出现应力波动或平台，试件表面出现滑移线；强化阶段载荷持续上升；颈缩后载荷下降至断裂，断口呈杯锥状，有明显塑性变形。其σ-ε曲线完整呈现塑性材料特征。铸铁拉伸时，无屈服和颈缩，断口平齐粗糙，为典型脆性断裂。压缩实验中，低碳钢试件被压扁成鼓形而未裂；铸铁试件沿45°斜面剪断，与理论最大切应力面相符。
2. 性能对比：实验数据表明，低碳钢具有较高的强度、良好的塑性（δ>5%），是典型的塑性材料。铸铁抗拉强度低、塑性几乎为零，但抗压性能优异。这验证了不同材料力学性能的显著差异。
3. 误差讨论：试件初始尺寸测量误差、安装对中偏差、试验机载荷及位移测量系统误差、材料自身不均匀性等，可能影响结果精度。铸铁拉伸结果分散性通常较大。
八、实验结论
1. 通过本次实验，成功测定了低碳钢的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率，以及铸铁的抗拉强度。
2. 低碳钢在拉伸过程中表现出明显的弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，断裂后具有较大的塑性变形，为塑性材料。
3. 铸铁在拉伸时直至断裂均无明显的塑性变形，为脆性材料，但其抗压强度显著高于抗拉强度。
4. 实验结果与材料力学的基本理论相符，加深了对材料强度、塑性概念的理解，掌握了基本力学性能的测试方法。