力学性能实验

材料力学性能实验1.了解布氏，洛氏和维氏硬度计的构造原理；2.掌握布氏，洛氏和维氏硬度的实验原理；测定方法及应用范围；3.熟悉显微硬度的测定方法。布氏硬度试验时注意事项试验时应根据材料的预期硬度值，并考虑试样的厚度，国家标准GB231-63中的试验规范来选择钢球直径D，载荷P和加载时t，测得压痕直径d后按上式计算或查表。压痕直径d必须0.25D~0.6D范围内，否则试验无效，应另选规范再行试验。试验时为防止压痕周围因塑性变形硬化而影响实验结果，一般规定压痕中心距试样边缘距离应不小于压痕直径的2.5倍，相邻两压痕中心的距离应不小于压痕直径的4倍。对硬度低的材料此距离还应增大。为使压痕清晰以保证测量精确，试样表面应尽可能光洁。试样表面的压痕直径用读数显微镜测量，应从相互垂直的方向各测一次，取其算数平均值。气测量精确度：当用直径为10毫米或5毫米的钢球试验时为0.02毫米，当用直径为2.5毫米钢球时应达到0.01毫米。洛氏硬度试样时注意事项为保证试样精确，试样的试验面和支承面必须平衡，洁净，没有油脂，氧化皮，纹，凹坑，明显的加工痕迹及其它污物。试样表面加工时应避免受热软化或变形硬化。试样应能稳定的放在工作台上，在试验中不应有滑动和变形，并保证所有的载荷试验面垂直。压痕中心距试样边缘的距离及相邻压痕中心距离不应小于3毫米。测定每一试样的硬度一般不小于三点，取其平均值。在圆柱形或球形表面进行洛氏硬度试验时硬度值偏低，须按有关曲线校正。维氏硬度试验时注意事项测定维氏硬度的试样其表面应精心制备，光洁度不低于▽9.在制备过程中应防止因过热或加工硬化而改变金属的硬度值。试验时，压痕中心与试样边缘的距离或压痕中心的距离，对黑色金属应不小于压痕平均对角线的2.5倍，对有色金属不小于5倍。试验时每个试样至少测定三点硬度取其算术平均值。压痕的对角线长度以两对角线长度的平均值计算。其测量精度为：当压痕对角线长≤0.2毫米时，允许测量误差为±0.001毫米，当压痕对角线长＞0.2毫米时，允许测量误差为±0.5%。如果压痕形状不规则，必须重作试验。测出压痕平均对角线长度后，将其代入公式或查表求出HV值。压痕的对角线长度以两对角线长度的平均值计算。其测量精度为：当压痕对角线长≤0.2毫米时，允许测量误差为±0.001毫米，的那个压痕对角线长＞0.2毫米时，允许测量误差为±0.5%。如果压痕形状不规则，必须重作试验。测出压痕平均对角线长度后，将其代入公式或查表求出HV值。HV值应附以相应的下标，注明试验载荷值。显微硬度试验显微硬度试验原理与维氏硬度完全相同，不过所加载荷更低一些，一般小于200克力。所得压痕对角线长度也只有几微米至几十微米。显微硬度试验可用于：（1）测定表面光洁度▽9以上的细小或片状零件的硬度，零件表面薄层硬度及脆性材料硬度；（2）测定金相组织中某个相或组织硬度。冲击试验是一种动态力学试验，它是将一定形状及尺寸的试样放置在冲击试验机的固定支座上，然后将具有一定位能的摆锤释放，使试样在冲击弯曲负荷作用下断裂。用梅氏试样试验时，吧冲断试样所消耗的功Ak，除以试样缺口处的横截面积Fn所得的商称为冲击韧性（或冲击值），以ak表示。金属在常温下的冲击试验较为简便易行，其冲击韧性对材料的冶金质量、宏观缺陷、显微组织等十分敏感。因此，生产上广泛采用这种实验方法来检验材料的质量，如晶粒粗细、回火脆性、过热、过烧、内部缺陷、白点、夹杂、纤维组织的各异性等，并常用这种方法确定低碳钢材的应变时效敏感性。第一节金属学与热处理基础知识一、金属与合金的警惕2结构与结晶固体物质，根原子在内部的排列特征可分为晶体和非晶体两大类。原来按一定的几何形式周期性重复排列而成的固态物质称为之晶体，原子在无规则地堆积在一起的固态物质称为非晶体。晶体的原子（基本质点）在空间排列是有一定规律的。固体金属均是晶体，有规则的外形，固定的熔点，有各向异性。“力学性能试验”——金属材料——晶体晶格的概念晶体内部原子是按一定的几何规律排列的。为了便于理解把原子看成是一个小球，则金属晶体就是由这些小球有回来堆积而成的物体。为了形象地表示晶体中原子排列的规律，可以将原子简化成一个点，用假想的线将这些链接起来，构成有明显规律性的空间格架。这种表示原子在晶体中排列规律的看格架叫做晶格。晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（最小的周期相变化单元），它有很高的对称性。金属中三种典型的晶格：——体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。小结晶体按一定的几何形式周期重复排列而成的固态物质称之为晶体，原子无规则地堆积在一起的固态物质称为非晶体。金属晶体是依靠各正离子与公有自由电子间的引力，即金属键而结合起来。常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。晶格类型不同，原子排列方式、致密度、晶格常数等就不同，金属力学性能也将随之发生变化。金属实际的晶体结构在金属晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其他各种因素的影响，原子规律排列在局部区域受到破坏，呈现出不完整，通常把把这种区域称之为晶体缺陷。因此，金属的实际性能能教理想的低。金属中缺陷的种类很多，根据晶体却选的几何特征，可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。（1）点缺陷：缺陷呈点状分布，常见的有晶格空位、间隙原子等，使得周围原子放生撑开或聚拢，晶格畸变。（2）线缺陷：缺陷呈线状，主要是错位，常见的是刃型错位。（3）面缺陷：缺陷呈面状分布，通常是晶界和亚晶界。小结金属晶体缺陷对性能的影响1.点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。2.线缺陷形成位错对金属的机械性能影响很大，位错极少时，金属强度很高；位错密度越大，金属强度也会提高。3.面缺陷晶界和亚晶界越好，晶粒越细，金属强度越高，金属塑变得能力越大，塑性越好。（细晶强化）结晶的概念从状态看：结晶通常是指金属自液态转变为固态的过程。从金属学观点：结晶则是指物质的原子从近程有序过渡到远程有序的过程。过冷现象：金属的实际结晶温度（T1）低于理论结晶温度（T0）的现象，即在T0以下金属处于液态的现象。理论结晶温度和实际结晶温度的差称为过冷度△T。冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度就越低。纯金属的结晶过程金属的结晶包括晶核的产生和晶核长大两个基本过程，并且是这两个过程同时进行的。纯金属的结晶过程：液态金属中存在有序排列的原子小集团，随原子的热运动，有些小集团时聚时散，当温度低于T0时，这些原子小集团成为有规则排列的小晶体，称为“晶核”。晶核通过吸附周围的原子，沿各个方向以不同的速度长大，同时又有新的晶核形成，在晶核的棱角处长大速度最快，生成晶体的主干，又称一次晶轴。金属的结晶过程就是不断形成晶核和晶核不断长大的过程，即由晶核的产生和长大两个基本过程组成的。光谱分析法光学分析是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学反应。光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。光谱分析的特点：（1）分析速度较快（2）操作简便（3）不需纯样品（4）可同时测定多种元素或化合物（5）选择性好（6）灵敏度（7）样品损坏少局限性光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组织和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难。物质通过电致激发、热致激发或光致激发等过程获取能量，变成为激发态的原子或分子，不同形式释放出能量从激发态跃迁至基态或低能态，如果这种跃迁是以辐射形式释放多余的能量就产生发射光谱。通过测量物质发射光谱的波长和强度来进行定性、定量分析的方法叫做发射光谱法。X射线荧光光谱仪目前，X射线光谱法发展成熟，多用于元素的定性、定量及固体表面薄层分析等。XRF利用样品对X射线的吸收随样品中的成分及其多少而变化来定性或定量测定样品中成分的一种方法。XRF是一种最有效的无损成分分析手段之一。优点：分辨率高，灵敏度高，抗干扰能力强，对试样无破坏，实验技术较为简单，试样的制备技术也不复杂，所研究的对象可以是导体、半导体或绝缘体，试样可以是晶体或非晶体态的体材料、薄膜或固体的表层，也可以是粉末、超细小颗粒，甚至是冷冻的溶液，范围之广是少见的。缺点：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，且许多还必须在低温下或在具有制备条件的实验室内进行，使它的应用受到较多的限制。