Zwick先进力学设备试验演示_力学演示实验

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实验23 Zwick先进材料试验机演示实验

罗仁安

编写

工程中有一些零、构件，如汽轮机、喷气发动机、蒸汽锅炉、化学工业中的合成炉等，长期在高温下工作；又如液态氢或液态氮的容器，则又在低温下工作。材料在高温或低温下的力学性能与常温下不同，且往往与作用时间长短有关。本次试验将对高低温万能材料试验机的使用，特别是环境箱进行简略的介绍。

一、实验目的1.观察在高温（250 C）静载作用下，材料的屈服现象和极限值。2.观察在低温（-75~-30 C）静载作用下，材料的屈服现象和极限值。3.了解有关机器、仪器的操作。

二、实验设备

1.Zwick 200kN高低温万能材料试验机。2.单向夹式引伸计。3.计算机。4.游标卡尺。

三、试验原理和方法

本次试验以低碳钢和铸铁的拉伸试验为例。低碳钢和铸铁的拉伸曲线非常典型，但是多数工程材料的拉伸过程既不象低碳钢那样复杂，也不象铸铁那样简单。这类材料有一定的塑性，没有明显的屈服点，从弹性到屈服极限是光滑过渡的。硬铝、黄铜等就属于这类材料。由于没有明显的屈服阶段，这类材料的屈服强度只能用规定塑性变形量的办法来测定。工程设计常以产生0.2％残余应变时的应力定义为屈服极限，叫做条件屈服极限，用0.2来表示。0.2用来限制使用过程中的过量塑性变形，工作应力如果超过0.2，即认为构件失效。

试验是在Zwick 200kN高低温试验机上进行。测量系统是由信号转换、信号放大和自动记录三部分组成。信号转换部分：试样的力和变形分别由载荷传感器和变形传感器接收信号，并转换成相应的电压信号，供下级仪器测量，本试验所用的变形传感器为单向夹式引伸计。

四、实验步骤

1.按同类材料估算最大试验载荷，设定荷载放大器的量程。

2.测量试样尺寸。在标距范围内取三个截面，每截面按互垂方向测两次。

3.安装试样，并在试样上按规定标距装卡引伸计，引伸计安装一定不得偏斜、固紧程度要适中。

4.按应变的估计值，设定位移放大器的量程。5.开机加载正式记录试验曲线。6.卸载、关机、取下引伸计、卸下试件取下图纸。

五、结果整理

1.在计算机整理试验曲线，打印测试曲线 2.用图解法测定。3.按规格完成试验报告。

六、实验结果分析

在高温静载作用下，低碳钢在短期(指只在几分钟内拉断)。在200C～300C之间，随温度的升高，即材料变“脆”。这时试件表面呈现蓝色，故称为“蓝脆”现象。当材料长期处在高温和恒定不变的应力作用时，材料的变形将随着时间的延长而不断地缓慢增长，这种现象称为“蠕变”。蠕变变形是不可恢复的塑性变形。温度愈高，蠕变的速度愈快；在温度不变的情况下，应力愈大，蠕变的速度也愈快。低熔点金属(如铅和锌等)，在室温下就有蠕变；而高熔点金属在较高的温度下才会发生蠕变，如碳钢要在300 C～350C以上；对合金钢，要在350C～400C以上。非金属材料，如沥青、木材、混凝土及各种塑料，都能产生蠕变。高温下工作的零部件，在发生弹性变形后，如果保持变形总量不变，由于蠕变，塑性变形不断增加，使弹性变形逐渐减少，致使应力缓慢降低，这种现象称为“应力松弛”。靠预紧力密封或联接的机器（如使气缸盖与缸体压紧的紧固螺栓），往往因应力松弛而引起漏气或松脱。因此，对于长期在高温下工作的紧固件，必须定期进行紧固或更换。

在低温情况下，碳钢的比例极限和强度极限都有所提高，而延伸率则相应降低；在低温情况下，非金属材料呈现出脆性现象。

七、预习和思考

1.预习本节内容，了解常用材料在高低温条件下拉伸时的现象。