《材料力學性能》實驗指導書2

1、實驗一 金屬材料硬度實驗一、 實驗目的1、了解布氏硬度和洛氏硬度的測定方法。2、掌握布氏、洛氏硬度試驗計的基本構(gòu)造和操作方法。二、 實驗內(nèi)容及步驟1、布氏硬度的測定布氏硬度的測定在HB-3000型布氏硬度機上進行。(1)實驗原理布氏硬度數(shù)值通過布氏硬度試驗測定。布氏硬度試驗是指用一定直徑的球體（鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗力壓入被測材料或零件表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，通過測量表面壓痕直徑來計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。布氏硬度值是試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。使用淬火鋼球壓頭時用符號HBS，使用硬質(zhì)合金球壓頭時用符號HBW，計算公式如下：HBS（HBW）=0.102式中：F試驗

2、力（N）；D球體直徑（mm）；d壓痕平均直徑（mm）。由上式可以看出，當F、D一定時，布氏硬度值僅與壓痕直徑d的大小有關(guān)。所以在測定布氏硬度時，只要先測得壓痕直徑d，即可根據(jù)d值查有關(guān)表格得出HB值，并不需要進行上述計算。國家標準GB231-1984規(guī)定，在進行布氏硬度試驗時，首先應(yīng)選擇壓頭材料，布氏硬度值在450以下（如灰鑄鐵、有色金屬及經(jīng)退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材等）時，應(yīng)選用鋼球作壓頭；當材料的布氏硬度值在450650時，則應(yīng)選用硬質(zhì)合金球作壓頭。其次是根據(jù)被測材料種類和試樣厚度，按照表11所示的布氏硬度試驗規(guī)范正確地選擇壓頭直徑D、試驗力F和保持時間t。布氏硬度習慣上只寫出硬度值而不必

3、注明單位，其標注方法是，符號HBS或HBW之前為硬度值，符號后面按以下順序用數(shù)值表示試驗條件：球體直徑、試驗力，試驗力保持時間（1015s不標注）例如：120HBS10/1000/30，表示直徑10mm鋼球在9.80KN（1000kgf）的試驗力作用下，保持30s測得的布氏硬度值為120。500HBW5/750，表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球在7.35KN（750kgf）試驗力作用下，保持1015s測得的布氏硬度值為500。布氏硬度值的測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性強，常用于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的零件以及灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等毛坯或半成品（2） 操作前的準備工作a. 選定壓頭

4、擦拭干凈，裝入主軸襯套中；b. 選定載荷，加上相應(yīng)的砝碼；c. 確定持續(xù)時間，把圓盤上的時間定位器（紅色指示點）轉(zhuǎn)到與持續(xù)時間相符的位置上。（3） 操作順序a. 接通電源，打開指示燈；b. 將試樣放在工作臺上，順時針轉(zhuǎn)動手輪，使壓頭壓向試樣表面直至手輪打滑為止；c. 按動加載按鈕，即加載開始，當達到所要求的持續(xù)時間后，圓盤轉(zhuǎn)動即自行停止，爾后自動卸載；d. 逆時針轉(zhuǎn)動手輪降下工作臺，取下式樣用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕直徑d值，查表即得出HB值。2、洛氏硬度的測定洛氏硬度的測定在HR-150A型洛氏硬度機上進行。（1）實驗原理洛氏硬度試驗是在初始試驗力F0及總試驗力F1的先后作用下，將壓頭（金剛石圓錐

5、或鋼球）壓入被測材料或零件表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除主試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量計算硬度值的一種壓痕硬度試驗方法。實際測定時，試件的洛氏硬度值由硬度計的表盤上直接讀出，材料越硬，則表盤上示值越大。為了便于用洛氏硬度計測定從軟到硬較大范圍的材料硬度，根據(jù)被測試對象的不同，國家標準GB/T230-1991規(guī)定可采用不同類型壓頭、試驗力及硬度公式，組合成為不同的洛氏硬度標尺。現(xiàn)將常用的三種洛氏硬度標尺的硬度符號、試驗規(guī)范列于表1，以供參考。表1 常用洛氏硬度試驗規(guī)范（摘自GB/T 230-1991）洛氏硬度標尺硬度符號測量范圍初試驗力F0/N主試驗力F1/N總試驗力F/N壓頭類型應(yīng)用舉例AH

6、RA208898.07490.3588.4金剛石圓錐硬質(zhì)合金表面淬火層滲碳層等BHRB2010098.07882.6980.71.5875mm鋼球有色金屬退火鋼正火鋼CHRC207098.0713731471金剛石圓錐調(diào)質(zhì)鋼淬火鋼等以上三種常用洛氏硬度中，以HRC應(yīng)用最多，一般經(jīng)過淬火處理的零件和工具都用他測試硬度。洛氏硬度測定簡單，方便快捷，可直接從表盤上讀出硬度數(shù)值，壓痕小，多用來測較硬材料的硬度或成品零件硬度；測試范圍大，能測較薄零件的硬度。但由于壓痕小，測定結(jié)果波動較大，穩(wěn)定性較差，故需測試三點，取其算術(shù)平均值，一般不適宜測試組織不均勻的材料。（2） 操作順序a 選擇壓頭和載荷，并將壓

7、頭裝入實驗機；b試樣放在式樣臺上，順時針轉(zhuǎn)動手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直到表盤小指針指至“0”為止，此時已預加載荷10kg，然后將表盤大指針調(diào)至零點；c 按動按鈕，加主載荷。當表盤中大指針反向旋轉(zhuǎn)若干格并停止時，保持3-4秒再順時針旋轉(zhuǎn)搖柄，直到自鎖為止，即卸除主載荷。此時大指針退回若干格。指針所指的位置為洛氏硬度值，HRA、HRC讀外圈黑刻度，HRB讀內(nèi)圈紅刻度。d 逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，取出試樣，測試完畢。三、 實驗設(shè)備器材1、布氏硬度機 洛氏硬度機 2、讀數(shù)放大鏡3、試樣： 45鋼 正火態(tài) 30×10 T10鋼 淬火態(tài) 30×10四、 實驗注意事項1、要求試樣表面平整，兩

8、端平行，用砂紙去氧化皮和油污。2、洛氏硬度機金剛石壓頭屬貴重物件，質(zhì)硬而脆，嚴禁碰擊。3、加載時細心操作，以免損壞機件。實驗二 金屬材料沖擊實驗一、實驗目的(1) 了解沖擊韌性的含義；(2) 測定鋼材的沖擊韌性；二、實驗原理概述材料在沖擊載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，稱為材料的沖擊韌性。用實驗方法測定材料的沖擊韌性時，是把材料制成標準試樣，置于能實施打擊能量的沖擊試驗機上進行的，并用折斷試樣的沖擊吸收功來衡量。沖擊試驗機由擺錘、機身、支座、度盤、指針等幾部分組成。實驗時，將帶有缺口的受彎試樣安放于試驗機的支座上，舉起擺錘使它自由下落將試樣沖斷。若擺錘質(zhì)量為G，沖擊中擺錘的

9、質(zhì)心高度由H1變?yōu)镠2，勢能的變化為，它等于沖斷試樣所消耗的功，即沖擊中試樣所吸收的功為圖1 沖擊韌性試驗原理圖可由指針指示的位置從度盤上讀出。值越大，表明材料的抗沖擊性能越好。值是一個綜合性的參數(shù)，不能直接用于設(shè)計，但可作為抗沖擊構(gòu)件選擇材料的重要指標。沖擊試驗的主要用途：(1) 評價材料對大能量一次沖擊載荷下破壞的缺口敏感性；(2) 檢查和控制材料的冶金質(zhì)量和熱加工質(zhì)量；材料的內(nèi)部缺陷和晶粒大小對值有明顯影響，因此可用沖擊實驗來檢驗材料質(zhì)量，判定熱加工和熱處理工藝質(zhì)量。(3) 評定材料在高、低溫條件下的韌脆轉(zhuǎn)變特性。沖擊過程所消耗的能量，除大部分為試樣斷裂所吸收外，還有一小部分消耗于機座振

10、動等方面，只因這部分能量相對較小，一般可以忽略。但它卻隨著實驗初始能量的增大而加大，故對值原本就較小的脆性材料，宜選用沖擊能量較小的試驗機。三、實驗儀器及材料沖擊實驗機實驗用材料： 45鋼淬火、45鋼正火、HT150沖擊試樣要求：沖擊韌性的數(shù)值與試樣的尺寸、缺口形狀和支承方式有關(guān)。為便于比較，國家標準規(guī)定兩種形式的試樣：U型缺口試樣；V型缺口試樣。圖2 U型缺口試樣圖3 V型缺口試樣沖擊時，由于試樣缺口根部形成高度應(yīng)力集中，形成較多的能量，缺口的深度、曲率半徑及角度的大小都對試樣的沖擊吸收功有影響。為保證尺寸準確，缺口應(yīng)采用銑削、磨削加工，要求缺口底部光滑，無平行于缺口軸線的刻痕。試樣的制備亦應(yīng)避免由于加工硬化或過熱而影響其沖擊性能。四、實驗內(nèi)容與步驟(1) 檢查試樣的形狀、尺寸及缺口質(zhì)量是否符合標準的要求；(2) 空打試驗：舉起擺錘，試驗機上不放置試樣，然后釋放擺錘空打，調(diào)整指針回零；(3) 用專用對中塊，使試樣貼緊支座安放，缺口處于受拉面，并使缺口對稱面位于兩支座對稱面上；(4) 將擺錘舉高掛穩(wěn)后，擺錘下落沖斷試樣。待擺錘回落至最低位置時，進行制動，記錄度盤的指示值。實驗注意事項：(1) 在擺錘擺動范圍內(nèi)，不得有任何人員活動或放置障礙物，以確保安全。(2) 不帶保險銷的機動沖擊試驗機或手動沖擊試驗機，在安裝試樣前，最好先把擺錘用木塊擱置在支座上，試樣安裝完畢再舉擺。(