第四節　壓縮試驗

一、概述

壓縮試驗是在規定的試驗條件下，用靜壓縮力對試樣軸向壓縮，在試樣不發生屈服下測量力和相應的變形（縮短），測定其力學性能的試驗。壓縮試驗用于測定金屬材料單向壓縮的規定非比例壓縮應力、規定總壓縮力、屈服點、彈性模量及脆性材料的抗壓強度。

二、壓縮設備

通常用萬能材料試驗機進行試驗。

三、壓縮試驗方法

目前在用的標準為GB/T 7314—2005《金屬材料　室溫壓縮試驗方法》。

四、壓縮試樣

對于低碳鋼和鑄鐵類金屬材料，按照GB/T 7314的規定，金屬材料的壓縮試樣多采用圓柱體，如圖2-14所示。試樣的長度L一般為直徑d的2.5～3.5倍，其直徑d=10～20mm。也可采用正方形柱體試樣，如圖2-15所示。要求試樣端面應盡量光滑，以減小摩擦阻力對橫向變形的影響。

五、試驗原理

鋼鐵及其合金材料一般分為塑性和脆性兩類，下面就以低碳鋼和鑄鐵為例進行描述。

1.低碳鋼試驗原理

以低碳鋼為代表的塑性材料，軸向壓縮時會產生很大的橫向變形，但由于試樣兩端面與試驗機支撐墊板間存在摩擦力，約束了這種橫向變形，故試樣出現顯著的鼓脹效應，如圖2-16所示。為了減小鼓脹效應的影響，通常的做法是除了將試樣端面制作得光滑以外，還可在端面涂上潤滑劑以利最大限度地減小摩擦力。低碳鋼試樣的壓縮曲線如圖2-17所示，由于試樣越壓越扁，則橫截面面積不斷增大，試樣抗壓能力也隨之提高，故曲線是持續上升為很陡的曲線。從壓縮曲線上可以看出，塑性材料受壓時在彈性階段的比例極限、彈性模量和屈服階段的屈服點（下屈服強度）同拉伸時是相同的。但壓縮試驗過程中到達屈服階段時不像拉伸試驗時那樣明顯，因此要認真仔細觀察才能確定屈服荷載FeL，從而得到壓縮時的屈服點強度（或下屈服強度）ReL=FeL/S0。由于低碳鋼類塑性材料不會發生壓縮破裂，因此一般不測定其抗壓強度（或強度極限）Rm，而通常認為抗壓強度等于抗拉強度。

2.鑄鐵試驗原理

對鑄鐵類脆性金屬材料，壓縮實驗時利用試驗機的自動繪圖裝置，可繪出鑄鐵試樣壓縮曲線，如圖2-18所示，由于軸向壓縮塑性變形較小，呈現出上凸的光滑曲線，壓縮圖上無明顯直線段、無屈服現象，壓縮曲線較快達到最大壓力Fm，試樣就突然發生破裂。將壓縮曲線上最高點所對應的壓力值Fm除以原試樣橫截面面積S0，即得鑄鐵抗壓強度Rm=Fm/S0。在壓縮試驗過程中，當壓應力達到一定值時，試樣在與軸線成45°～55°的方向上發生破裂，如圖2-19所示，這是由于鑄鐵類脆性材料的抗剪強度遠低于抗壓強度，從而使試樣被剪斷所致。

六、試驗程序

①用游標卡尺在試樣兩端及中間三處兩個相互垂直方向上測量直徑，并取其算術平均值，選用三處中的最小直徑來計算原始橫截面面積S0。

②根據塑性材料屈服荷載和脆性材料最大實際壓力的估計值（它應是滿量程的40％～80％）對試驗機的基本要求，經國家計量部門定期檢驗后應達到1級或優于1級準確度，試驗時所使用力的范圍應在檢驗范圍內。

③將試樣端面涂上潤滑劑后，再將其準確地置于試驗機活動平臺的支撐墊板中心處。對上、下支撐墊板的平面度，要求100mm應小于0.01mm。

④調整好試驗機夾頭間距，當試樣端面接近上支撐墊板時，開始緩慢、均勻加載。在加載試驗過程中，其試驗速度總體要求應是緩慢、均勻、連續地進行加載，具體規定速度為0.5～0.8MPa/s。

⑤對于塑性材料試樣，若將試樣壓成鼓形即可停止試驗。對于脆性材料試樣，加載到試樣破裂時（可聽見響聲）立即停止試驗，以免試樣進一步被壓碎。

⑥進行脆性材料試樣壓縮時，注意在試樣周圍安放防護網，以防試樣破裂時碎渣飛出傷人。

⑦記錄試驗結果。