第四节　压缩试验

一、概述

压缩试验是在规定的试验条件下，用静压缩力对试样轴向压缩，在试样不发生屈服下测量力和相应的变形（缩短），测定其力学性能的试验。压缩试验用于测定金属材料单向压缩的规定非比例压缩应力、规定总压缩力、屈服点、弹性模量及脆性材料的抗压强度。

二、压缩设备

通常用万能材料试验机进行试验。

三、压缩试验方法

目前在用的标准为GB/T 7314—2005《金属材料　室温压缩试验方法》。

四、压缩试样

对于低碳钢和铸铁类金属材料，按照GB/T 7314的规定，金属材料的压缩试样多采用圆柱体，如图2-14所示。试样的长度L一般为直径d的2.5～3.5倍，其直径d=10～20mm。也可采用正方形柱体试样，如图2-15所示。要求试样端面应尽量光滑，以减小摩擦阻力对横向变形的影响。

五、试验原理

钢铁及其合金材料一般分为塑性和脆性两类，下面就以低碳钢和铸铁为例进行描述。

1.低碳钢试验原理

以低碳钢为代表的塑性材料，轴向压缩时会产生很大的横向变形，但由于试样两端面与试验机支撑垫板间存在摩擦力，约束了这种横向变形，故试样出现显著的鼓胀效应，如图2-16所示。为了减小鼓胀效应的影响，通常的做法是除了将试样端面制作得光滑以外，还可在端面涂上润滑剂以利最大限度地减小摩擦力。低碳钢试样的压缩曲线如图2-17所示，由于试样越压越扁，则横截面面积不断增大，试样抗压能力也随之提高，故曲线是持续上升为很陡的曲线。从压缩曲线上可以看出，塑性材料受压时在弹性阶段的比例极限、弹性模量和屈服阶段的屈服点（下屈服强度）同拉伸时是相同的。但压缩试验过程中到达屈服阶段时不像拉伸试验时那样明显，因此要认真仔细观察才能确定屈服荷载FeL，从而得到压缩时的屈服点强度（或下屈服强度）ReL=FeL/S0。由于低碳钢类塑性材料不会发生压缩破裂，因此一般不测定其抗压强度（或强度极限）Rm，而通常认为抗压强度等于抗拉强度。

2.铸铁试验原理

对铸铁类脆性金属材料，压缩实验时利用试验机的自动绘图装置，可绘出铸铁试样压缩曲线，如图2-18所示，由于轴向压缩塑性变形较小，呈现出上凸的光滑曲线，压缩图上无明显直线段、无屈服现象，压缩曲线较快达到最大压力Fm，试样就突然发生破裂。将压缩曲线上最高点所对应的压力值Fm除以原试样横截面面积S0，即得铸铁抗压强度Rm=Fm/S0。在压缩试验过程中，当压应力达到一定值时，试样在与轴线成45°～55°的方向上发生破裂，如图2-19所示，这是由于铸铁类脆性材料的抗剪强度远低于抗压强度，从而使试样被剪断所致。

六、试验程序

①用游标卡尺在试样两端及中间三处两个相互垂直方向上测量直径，并取其算术平均值，选用三处中的最小直径来计算原始横截面面积S0。

②根据塑性材料屈服荷载和脆性材料最大实际压力的估计值（它应是满量程的40％～80％）对试验机的基本要求，经国家计量部门定期检验后应达到1级或优于1级准确度，试验时所使用力的范围应在检验范围内。

③将试样端面涂上润滑剂后，再将其准确地置于试验机活动平台的支撑垫板中心处。对上、下支撑垫板的平面度，要求100mm应小于0.01mm。

④调整好试验机夹头间距，当试样端面接近上支撑垫板时，开始缓慢、均匀加载。在加载试验过程中，其试验速度总体要求应是缓慢、均匀、连续地进行加载，具体规定速度为0.5～0.8MPa/s。

⑤对于塑性材料试样，若将试样压成鼓形即可停止试验。对于脆性材料试样，加载到试样破裂时（可听见响声）立即停止试验，以免试样进一步被压碎。

⑥进行脆性材料试样压缩时，注意在试样周围安放防护网，以防试样破裂时碎渣飞出伤人。

⑦记录试验结果。