金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、工程材料、金屬材料及熱處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及實(shí)驗(yàn)報(bào)告李洋 編專業(yè)：班級(jí)學(xué)號(hào)：姓名：沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書學(xué)年度第學(xué)期2目錄實(shí)驗(yàn)一拉伸實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)二沖擊實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)三硬度實(shí)驗(yàn)7學(xué)生實(shí)驗(yàn)須知1實(shí)驗(yàn)前必須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中相關(guān)的內(nèi)容，了解本次實(shí)驗(yàn)的目的、要求及注意事項(xiàng)。2按預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，不得無(wú)故遲到、早退、缺席。3進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，不得高聲喧嘩和擅自亂動(dòng)儀器設(shè)備，損壞儀器要賠償。4保持實(shí)驗(yàn)室整潔，不準(zhǔn)在機(jī)器、儀器及桌面上涂寫，不準(zhǔn)亂丟紙屑，不準(zhǔn)隨地吐痰。5實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守操作步驟和注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)中，若遇儀器設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)立即向教師報(bào)告，及時(shí)檢查，排除故障后，方能繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2、6實(shí)驗(yàn)過程中，若未按操作規(guī)程操作儀器，導(dǎo)致儀器損壞者，將按學(xué)校有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理。7實(shí)驗(yàn)過程中，同組同學(xué)要相互配合，認(rèn)真測(cè)取和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；8實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將儀器、工具清理擺正。不得將實(shí)驗(yàn)室的工具、儀器、材料等物品攜帶出實(shí)驗(yàn)室。9實(shí)驗(yàn)完畢，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)教師認(rèn)可后方能離開實(shí)驗(yàn)室。10實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求字跡端正、繪圖清晰、表格簡(jiǎn)明、實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確。金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一拉伸實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定低碳鋼拉伸過程中的上屈服強(qiáng)度ReH、下屈服強(qiáng)度 ReL、抗拉強(qiáng)度 Rm；2 測(cè)定鑄鐵在拉伸過程中的抗拉強(qiáng)度Rm；3 計(jì)算低碳鋼和鑄鐵拉伸后的斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率；4 觀察低碳鋼和鑄鐵兩種不同材料的拉伸過程，

3、分析比較差異；二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)圖 1電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)2 游標(biāo)卡尺圖 2 游標(biāo)卡尺三 試樣圖3試樣1金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書四 實(shí)驗(yàn)原理原理一：在材料拉伸的過程中，得到的曲線是力與位移關(guān)系曲線，低碳鋼具有良好的塑性，低碳鋼斷裂前明顯的分成四個(gè)階段：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、縮頸階段。彈性階段，材料的應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系。屈服階段，曲線出現(xiàn)鋸齒狀，在小范圍內(nèi)波動(dòng)，表明材料暫時(shí)喪失抵抗繼續(xù)變形的能力。國(guó)標(biāo)GB/T 228 2002 定義上屈服強(qiáng)度ReH 為試樣發(fā)生屈服而力首次發(fā)生下降的最高應(yīng)力。上屈服極限數(shù)值與試樣的形狀、加載速度等因素有關(guān)，一般是不穩(wěn)定的。下屈服強(qiáng)度 ReL 為在

4、屈服期間不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。 下屈服極限則有比較穩(wěn)定的數(shù)值， 能夠反應(yīng)材料的性能。通常把下屈服極限稱為屈服極限或屈服點(diǎn)。 屈服階段的開始是材料進(jìn)入塑性的標(biāo)志。強(qiáng)化階段，曲線開始上升，材料恢復(fù)了抵抗承載能力，但應(yīng)力應(yīng)變不再符合虎克定律，此階段塑性變形是沿軸向均勻分布的。強(qiáng)化階段中的最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是材料所能承受的最大應(yīng)力，稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。它是衡量材料強(qiáng)度的另一重要指標(biāo)。在強(qiáng)化階段中，試樣的橫向尺寸有明顯的縮小?？s頸階段，載荷達(dá)到最大點(diǎn)以后材料的塑性變形開始在局部進(jìn)行，局部截面急劇收縮，承載面積迅速減小，試樣承受的載荷很快下降直至斷裂，斷裂后試樣的彈性變形消失，塑性變形則永遠(yuǎn)保

5、留在破斷的試樣上。原理二：鑄鐵拉伸時(shí)的應(yīng)力 -應(yīng)變關(guān)系是一段微彎曲線， 沒有明顯的直線部分。它在較小的拉應(yīng)力下就被拉斷，沒有屈服和縮頸現(xiàn)象，拉斷前的應(yīng)變很小。鑄鐵是典型的脆性材料。鑄鐵拉斷時(shí)的最大應(yīng)力即為其抗拉強(qiáng)度。因?yàn)闆]有屈服現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度是衡量鑄鐵的唯一指標(biāo)。原理三：在彈性范圍內(nèi)卸載，曲線沿原路徑返回，試樣恢復(fù)原來(lái)尺寸，沒有任何殘余變形，在此范圍內(nèi)，材料符合虎克定律，應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，如果在強(qiáng)化階段卸載，卸載路徑與彈性段的直線段平行，卸載后如果重新加載，加載曲線仍與彈性段的直線段平行，比例極限明顯提高，而材料的塑性性能相應(yīng)下降，這個(gè)現(xiàn)象稱作冷作硬化。2金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書五 實(shí)驗(yàn)結(jié)

6、果1 試樣尺寸材料名稱試驗(yàn)前試驗(yàn)后直徑 d0mm最最最標(biāo)123小標(biāo)小小距截距直截L0平平面L1徑面平mm 積d1積均均A 0A 1均2mmmm2mmmm2 強(qiáng)度和塑性指標(biāo)材強(qiáng)度指標(biāo)塑性指標(biāo)料ReHReLRm斷后伸長(zhǎng)率 A斷面收縮率 Z3 繪制低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中的力與位移曲線。六 思考題1 通過哪兩種指標(biāo)反映金屬材料的塑性性能？3金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)二沖擊實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定材料的沖擊吸收功，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2 了解沖擊實(shí)驗(yàn)方法。3 了解沖擊試驗(yàn)機(jī)的原理。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)圖 1擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)三 試樣標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣按國(guó)標(biāo) GB/T 2291994 制備，本實(shí)驗(yàn)的試樣采

7、用標(biāo)準(zhǔn)夏比 V 型缺口和標(biāo)準(zhǔn)夏比 U 型缺口（詳見圖 2 和圖 3）。圖 2V 型缺口試樣4金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書圖 3U 型缺口試樣四 實(shí)驗(yàn)原理沖擊力很難準(zhǔn)確測(cè)量，沖擊載荷習(xí)慣上用能量的形式來(lái)表示，通常材料的抗沖擊的能力用沖擊吸收功來(lái)表示， 而沖擊吸收功一般是通過一次擺錘沖擊彎曲實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)得。實(shí)驗(yàn)時(shí)試樣安放在試驗(yàn)機(jī)支座上，并將擺錘刀口對(duì)準(zhǔn)試樣切口，以便一次沖斷。在讀數(shù)盤上讀取沖擊吸收功。沖擊吸收功是材料的沖擊抗力指標(biāo)，不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)，而且試樣的尺寸、缺口的形式都可能對(duì)沖擊吸收功產(chǎn)生很大的影響。因此，沖擊吸收功只是材料抗沖擊斷裂的一個(gè)參考性指標(biāo)，只能在規(guī)定條件下進(jìn)行相對(duì)比較，而不能進(jìn)行

8、定量計(jì)算。試樣開缺口的目的是為了在缺口附近造成應(yīng)力集中， 使塑性變形在缺口附近不大的體積范圍內(nèi)保證試樣一次沖斷，并使斷裂發(fā)生在缺口處。沖擊吸收功對(duì)缺口的形狀和尺寸極為敏感，缺口越深越尖銳，沖擊吸收功越低，材料的脆性傾向越嚴(yán)重。因此，對(duì)同種材料不同缺口的試樣測(cè)定的沖擊吸收功不能相互換算和直接比較。五 實(shí)驗(yàn)步驟1 選擇試驗(yàn)機(jī)量程。2 調(diào)整試驗(yàn)機(jī)零點(diǎn)。3 將擺錘升至規(guī)定高度，空打一次，檢查指針是否回到零點(diǎn)。4 擺錘升到規(guī)定位置后鎖好。5 安裝試樣。6 設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)。7 進(jìn)行試驗(yàn)。5金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書8 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。9 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，清理現(xiàn)場(chǎng)。六 實(shí)驗(yàn)結(jié)果在沖擊試驗(yàn)機(jī)刻度盤上讀取所測(cè)材料的沖擊吸

9、收功，填入下表。所測(cè)材料沖擊吸收功U 型缺口V 型缺口七 思考題1 影響沖擊吸收功的因素有哪些？6金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)三硬度實(shí)驗(yàn)布氏硬度一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定金屬材料的布氏硬度。2 了解布氏硬度測(cè)定的基本原理與應(yīng)用范圍。3 了解布氏硬度實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 TH600 布氏硬度機(jī)TH600 布氏硬度機(jī)采用布氏硬度 （ BRINELL ）測(cè)量原理，可進(jìn)行布氏硬度測(cè)量，適用于未經(jīng)淬火鋼、鑄鐵、有色金屬及質(zhì)地較軟的軸承合金等等。具有測(cè)試精度高，測(cè)量范圍寬，試驗(yàn)力自動(dòng)加載、自動(dòng)保持計(jì)時(shí)、自動(dòng)卸載等特點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于計(jì)量、機(jī)械制造、冶金、建材等行業(yè)的檢測(cè)、科研和生產(chǎn)。其主要

10、性能參數(shù)如下：試驗(yàn)力： 1839N（187.5kgf），2452N（ 250kgf），7355N（750kgf），9807N（ 1000kgf），29420N（3000kgf）， 壓頭球直徑： 10mm 試驗(yàn)力保持時(shí)間： 699 秒， 可設(shè)置 垂直方向最大測(cè)試空間： 230mm 水平方向壓頭軸線距前壁： 120mm 供電為單向，交流， 220V，5060Hz，2A 2 讀數(shù)顯微鏡三 試樣試樣表面應(yīng)光滑平坦，不應(yīng)有氧化皮和外界污物，試樣表面粗糙度一般不大于 Ra1.6mm，以使壓痕邊緣清晰，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)厚度至少應(yīng)為壓痕深度的8 倍。試驗(yàn)后，試樣背后如出現(xiàn)可見變形，則表明試樣太薄。7

11、金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書四 實(shí)驗(yàn)原理布氏硬度測(cè)量方法原理是將一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗(yàn)力壓入試樣表面經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕的直徑，詳見圖1。DFh2dd1圖 1布氏硬度值由下公式算出：布氏硬度 =常數(shù)試驗(yàn)力 /壓痕表面積，即：2FHBW 0.102d 2 )D(DD2其中， d=(d1+d2)/2； D， d 單位為 mm；F 單位為 N。本次實(shí)驗(yàn)采用讀數(shù)顯微鏡讀出球面直徑，查表得出布氏硬度值。具體內(nèi)容見附錄。五 實(shí)驗(yàn)步驟1 測(cè)試準(zhǔn)備 檢查接好的電源線，打開電源開關(guān)，電源指示燈亮。試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行自檢，復(fù)位，顯示當(dāng)前的試驗(yàn)力保持時(shí)間。2 安裝壓頭選取要用的壓頭，用酒精清

12、洗器粘附的防銹油，然后用棉花或其他軟布擦拭干凈，裝入主軸孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)緊定螺釘使其輕壓于壓頭尾柄的扁8金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書平處；同時(shí)將試樣平穩(wěn)、密合的安放在樣品臺(tái)上。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使樣品臺(tái)上升，試樣與壓頭接觸，直至手輪與螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)（打滑） ，最后將壓頭緊定螺釘旋緊。3 試驗(yàn)力保持時(shí)間設(shè)置 對(duì)于常見材料，試驗(yàn)力保持時(shí)間一般設(shè)置為 915秒，可根據(jù)需要設(shè)置。本機(jī)設(shè)置范圍可達(dá) 699 秒供選擇。按 或鍵來(lái)設(shè)置保持時(shí)間。4 試驗(yàn) 將被測(cè)試樣放置在樣品臺(tái)中央，順時(shí)針平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使樣品臺(tái)上升，試樣與壓頭接觸；直至手輪與螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)（打滑） ，即停止轉(zhuǎn)動(dòng)手輪。此時(shí)按“開始”鍵，試驗(yàn)開始自動(dòng)進(jìn)

13、行，一次自動(dòng)完成以下過程：試驗(yàn)力加載（加載指示燈亮） ；試驗(yàn)力完全加上后開始按設(shè)定的保持時(shí)間倒計(jì)時(shí)，保持該試驗(yàn)力（保持指示燈亮）；時(shí)間到后即開始卸載 （卸載指示燈亮），完成卸載后恢復(fù)初始狀態(tài)（電源指示燈亮） 。5 檢驗(yàn)并確定試驗(yàn)結(jié)果 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，樣品臺(tái)下降，取下試樣，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量試樣表面的壓痕直徑，按附錄 1 查表確定硬度值。6 關(guān)機(jī) 卸除全部試驗(yàn)力，關(guān)閉電源開關(guān)。若長(zhǎng)期不用，拔除電源連線；取下壓頭、砝碼等。六 實(shí)驗(yàn)結(jié)果所測(cè)材料布氏硬度值123平均9金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書附錄 布氏硬度值表試驗(yàn)力壓頭球直徑平方比率球直徑 D （mm）30102.5試驗(yàn)力 F（N）1029420980

14、724525735524522.51839壓痕平均直徑 d（mm）布氏硬度（ HBW ）3.721.860.9326688.722.23.731.8650.932526588.222.13.741.870.93526387.821.93.751.8750.937526287.321.83.761.880.9426086.821.73.771.8850.942525986.321.63.781.890.94525785.821.53.791.8950.947525685.421.33.81.90.9525584.921.23.811.9050.952525384.421.13.821.910.9

15、5525284213.831.9150.957525183.520.93.841.920.9624983.120.83.851.9250.962524882.620.73.861.930.96524682.220.53.871.9350.967524581.720.43.881.940.9724481.320.33.891.9450.972524280.820.23.91.950.97524180.420.13.911.9550.977524080203.921.960.9823979.619.93.931.9650.982523779.119.810金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書試驗(yàn)力壓頭球直徑

16、平方比率球直徑 D （mm）30102.5試驗(yàn)力 F（N）1029420980724525735524522.51839壓痕平均直徑 d（mm）布氏硬度（ HBW ）3.941.970.98523678.719.73.951.9750.987523578.319.63.961.980.9923477.919.53.971.9850.992523277.519.43.981.990.99523177.119.33.991.9950.997523076.719.242122976.319.14.01.2.0051.002522875.9194.022.011.00522675.518.94.032

17、.0151.007522575.118.84.042.021.0122474.718.74.052.0251.012522374.318.64.062.030.01522273.918.54.072.0350.017522173.618.44.082.041.0222073.218.34.092.0451.022521872.818.24.12.051.02521772.418.14.112.0551.027521672.1184.122.061.0321571.717.94.132.0651.032521471.317.84.142.071.0352137117.74.152.0751.03

18、7521270.617.711金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書洛氏硬度一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定金屬材料的洛氏硬度。2 了解洛氏硬度的測(cè)定的基本原理和應(yīng)用范圍。3 了解洛氏硬度實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備TH550洛氏硬度機(jī)TH550洛氏硬度機(jī)采用洛氏測(cè)量原理，可直接進(jìn)行洛氏硬度測(cè)量，操作簡(jiǎn)單，示值穩(wěn)定，維護(hù)方便。適用于硬質(zhì)合金、碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬等材料的洛氏硬度檢測(cè)，可廣泛應(yīng)應(yīng)用于計(jì)量、機(jī)械制造、冶金、建材等行業(yè)的檢測(cè)、科研與生產(chǎn)。其主要性能參數(shù)如下：初試驗(yàn)力： 98.1N（10kgf ）總試驗(yàn)力： 588.4N（60kgf ），980.7N（100kgf ），1471N（150k

19、gf ）測(cè)試分辨率： 0.1 洛氏單位操作方式：主試驗(yàn)力自動(dòng)加卸載，自動(dòng)保持，結(jié)果數(shù)字顯示垂直方向最大測(cè)試空間：200mm水平方向壓頭軸線距前壁：160mm三 試樣試樣表面應(yīng)光滑平坦，不應(yīng)有氧化皮和外界污物，試樣表面粗糙度一般不大于 Ra1.6mm，以使壓痕邊緣清晰，保證冊(cè)來(lái)能夠結(jié)果的準(zhǔn)確性。四 實(shí)驗(yàn)原理洛氏硬度測(cè)量實(shí)際測(cè)量的是壓痕深度， 將在規(guī)定的試驗(yàn)條件下所測(cè)得的壓痕深度換算為硬度單位。具體按以下步驟進(jìn)行：（ 1） 首先加載初試驗(yàn)力 F0，將壓頭（金剛石圓錐壓頭或球壓頭）壓入試件表面，計(jì)初始位移 h0。（ 2） 然后加載主試驗(yàn)力 F1，保持一定時(shí)間， 此時(shí)壓頭位移為 h1，之后卸除主試驗(yàn)力 F1。12金屬材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（ 3） 保持初試驗(yàn)力 F0，測(cè)量此刻的壓頭位移 h2。（ 4） 按下述公式計(jì)算出洛氏硬度值。標(biāo)尺應(yīng)用公式A ， D，CHR=100-（h2-h0）/0.002E，B，G，H，F(xiàn)，K ，P，M ，L，R，HR=130-（h2-h0）/0.002S， V五 實(shí)驗(yàn)步驟（ 1）測(cè)試準(zhǔn)備 根據(jù)被測(cè)試樣的材質(zhì)、硬度范圍選用硬度標(biāo)尺，從而選擇試驗(yàn)參數(shù)。表 1 列出本試驗(yàn)機(jī)可測(cè)得標(biāo)尺參數(shù)及適用材料。明確了將使用的標(biāo)尺后，通過按鍵 “HRC/HRB ”選擇標(biāo)尺。 注意：鍵盤指示僅給出 HRC、HRB兩種指示，當(dāng)使用HRA 標(biāo)尺時(shí)，