材料性能学实验报告

材料性能综合实践指导书姓名：谭秀熊学号：3101602325班级：材料科学1003指导教师：李巍福建工程学院·材料科学教研室2012年12月2实验一拉伸及压缩实验一、实验目的1、观察分析低碳钢、铸铁、黄铜、工程塑料拉伸过程及实验现象；2、测定低碳钢拉伸时的弹性模量E、屈服极限σS、强度极限σb、延伸率δ、截面收缩率ψ；用引伸计测定塑性材料的弹性模量；3、观察分析比较不同材料的实验过程及实验现象；4、认识典型塑性材料力学性能特点和断裂特征；5、掌握万能材料实验机的基本操作；二、实验设备及试样1、微机控制电子万能试验机游标卡尺2、低碳钢、铸铁、Q235、45钢拉伸试样（一般为圆形截面），l0=10d=100mm,将l0十等分，用画线刻划圆周等分线三、实验原理及方法1、屈服极限σS及强度极限σb的测定试样加载时到达屈服阶段时，低碳钢的P一L曲线呈锯齿形。与最高载荷对应的应力称为上屈服极限，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标，一般把初始瞬时效应之后的最低载荷Ps对应的应力作为屈服极限σS。因为进入屈服阶段时，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，捕捉指针所指的最低载荷Ps。以试样的初始横截面面积Ao除Ps，即得屈服极限。σS=Ps／Pb屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力。载荷到达最大值Pb时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力度盘的从动针停留在Pb不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积A0除Pb，即得强度极限。σb=Pb／Pb2、延伸率及断面收缩率的测定试样的标距原长为l0,拉断试样后将两端试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为l1，延伸率为=（l1-l0／l0）×100%。断口附近的塑性变形最大，所以l1的量取与3断口的位置有关。如断口发生于l0两端或在l0之外，则实验无效，应重做。若断口距l0一端的距离≦l0／3，则按下述断口移中法测定l1。在拉断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得B点，若剩余格式数为偶数，取其一半得C点，AB长为a，BC长为b则l1=a+2b。当长段剩余格数为奇数，取剩余格数减一后的一半得C点，加一后的一半得C1点，AB;BC,BC1的长度分别为a,b1，b2,则l1=a+b1+b2.试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A，然后按下式计算断面收缩率。φ=(A0-A/A0)×100%四、实验步骤1开启试验机，打开测试桌上的testexpest图标，然后出现登陆界面具体运行是首先开启实验操作中电脑图标进行联机，随后其右侧圆形图标会变绿，下方也出现了数值的变化，再点击绿色图标进行启动，这时整个系统会发出响随后整个界面灯会亮起，此时可以进行实验操作。3安装试件，启动升降马达，注意界面右下角类似于把手的图标，可点击其进行机器高速和低速的升降运转。调整工作台到适当高度至下而上装上夹头和试件，并使试件安装牢固且垂直，安装弹性引伸计，用于测定弹性模量4进行实验（1）开动绿色按钮，试验机缓慢匀速加载。（2）发生屈服后，继续加载直至试件断裂，在断裂前注意观察颈缩现象，实验断裂后停机。（3）取下试样，将断裂试件的两段对齐并尽量挤紧，用游标卡尺测量拉断后的试件标距l1，并对接好断口，分别测量试件断口处的直径，在互相垂直的方向上各测一次，取平均值作为该处的直径。计算试件断口处的横截面面积A1,。（4）打印或导出所需数据进行处理。4五、数据记录和处理试样名称：铝合金试验前试验后试样尺寸标距l0（mm）100.00标距l0（mm）110直径d0（mm）9.90直径d0（mm）6.40截面面积A0（mm2）76.97截面面积A0（mm2）32.16试样简图屈服载荷Ps=24.412KN屈服极限σs=317.163N/mm最大载荷Pb=24.412KN强度极限σb=317.163Mpa断后伸长率δ=10%断面收缩率φ=58.21%5试样名称：灰铸铁试验前试验后试样尺寸标距l0（mm）100.00标距l0（mm）100.00直径d0（mm）10直径d0（mm）10截面面积A0（mm2）78.53截面面积A0（mm2）78.53试样简图最大载荷Pb=18.246105KN强度极限σb=232.357Mpa断后伸长率δ=0断面收缩率φ=06试样名称：45钢试验前试验后试样尺寸标距l0（mm）100标距l0（mm）121.4直径d0（mm）9.98直径d0（mm）7.00截面面积A0（mm2）78.22截面面积A0（mm2）38.48试样简图屈服载荷Ps=31.517193KN屈服极限σs=402.93Mpa最大载荷Pb=53.251102KN强度极限σb=680.79Mpa断后伸长率δ=21.4%断面收缩率φ=50.80%7试样名称：Q235钢试验前试验后试样尺寸标距l0（mm）100标距l0（mm）133.00直径d0（mm）9.98直径d0（mm）5.70截面面积A（mm2）78.22截面面积A0（mm2）25.51试样简图屈服载荷Ps=233.70664KN屈服极限σs=298.781Mpa最大载荷Pb=360.21980KN强度极限σb=460.521Mpa断后伸长率δ=33%断面收缩率φ=67.38%89实验二材料的压缩实验一、实验目的1、测定铸铁的抗拉强度极限与低碳钢压缩时的屈服极限；2、观察铸铁和低碳钢压缩时的破坏现象，比较塑性材料和脆性材料机械性质的区别；3、学习、掌握万能试验机进行压缩时的使用方法及工作原理。二、实验设备1、电子万能试验机；2、游标卡尺。三、实验试件本实验所用的压缩试件为圆柱形试样（低碳钢、铸铁）如下图所示：四、实验原理1、压缩试验装置压缩试验在电子万能试验机上进行。2、规定总压缩力σtc的测定试样压缩时，其标距的总压缩变形（弹性和塑性变形之和）达到规定的原始标距百分比时的应力，即为规定总压缩应力。3、压缩屈服点σsc的测定试样压缩时，当达到力不再增加而仍然继续变形所对应的应力即为压缩屈服点。4、抗拉强度σbc的测定试样压缩至破坏过程中的最大应力即抗压强度。五、实验步骤及注意事项1、试样准备：压缩试件应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。取用三处直径测10量值的算术平均值和三处高度测量值的算术平均值，作为试件的宽度和高度。2、试验机准备。3、安装夹具，放置试件：根据试样情况选择弯曲夹具，安装到试验机上，检查夹具，设置好跨距，放置好试件。4、开始试验。5、记录数据。6、试验结束：试验结束后，清理好机器，关掉电源。六、实验结果处理铸铁：压缩前试样尺寸：d=14.76mm，h=19.90mm压缩后：d=23.40mm，h=8.74mm铸铁抗拉强度：815n/mm2Q235:压缩前试样尺寸：d=9.76mm，h=15.02mm压缩后：d=11.40mm，h=12.62mmQ235：抗拉强度：1930n/mm211实验三材料的弯曲试验一、实验目的1.采用三点弯曲对矩形横截面试件施加弯曲力，测定其弯曲力学性能；2.学习。掌握万能试验机的使用方法及工作原理。二、实验设备1.万能试验机2.游标卡尺三、实验试件实验所用试件如下图所示，试件截面为矩形，其中，b为实际宽度，h为试件高度，l为试件长度四、实验原理1.三点弯曲实验装置图为三点弯曲试验的示意图。其中，F为所施加的弯曲力，Ls为跨距，f为挠度。122.最大弯曲应力σbb的测定Σbb=FbbLS/4w其中，σbb为最大弯曲应力，Fbb为最大弯曲力，w为试件的抗弯截面系数，W=bh2/6五、实验步骤及注意事项1.试件准备：矩形横截面试件应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。取用三处高度测量值的算术平均值得算术平均值，作为试件的宽度和高度。2.试验机准备3.安装夹具，放置试件：根据试验情况选择弯曲夹具，安装到试验机上，检查夹具，设置好跨距，放置好试件。4.开始试验5.记录数据试验结束：试验结束后，清理好机器，关断电源。六、试验结果处理13弯曲跨度L=180mm截面尺寸b=10.02mmh=2.96mm抗弯截面系数：W=bh^2/6=14.631872mm^3最大弯矩M=PL/4=10.584315N.m弯曲强度6bb=M/W=723.373Mpa14实验四硬度实验一、实验目的1.了解布氏硬度、洛氏硬度计的使用方法2.初步掌握布氏硬度和洛氏硬度的测定方法3.通过试验巩固和加深对布氏硬度和洛氏硬度的测定原理、测定方法和应用范围的认识二、实验设备及材料HB-3000B型布氏硬度计、HR150A型洛氏硬度计、读数显微镜、式样（灰铸铁、W18Cr4V、Cr12等）一组三、实验原理及步骤（一）布氏硬度试验1、试验原理公斤力/毫米2P：所加载荷F：凹痕表面积D:钢球直径d：凹痕直径2、实验步骤1）、清理试样表面，光洁度不低于△62）、根据给定的试样国际GB231，选择载荷大小与钢球直径及载荷持续时间，并调节硬度试验机。选择时应注意试样厚度不小于凹痕深度的10倍，凹痕直径d在0.25D~0.60P之间，否则应改选相应的钢球和负荷，重新试验。3）、将试样放在工作台上，转动手轮，是工作台缓慢上升，试样与压头接触，直到手轮与其中的螺母滑动为止。应注意：压头中心到试样边缘距离不小于2.5d，相邻两凹痕中心距离应不小于4d。试验时，先打开电源开关，接通电源，此时电源指示灯亮，然后启动按钮开关，加上负荷，自动保持预定时间后又自动卸下负荷。4）、反转手轮，将工作台下降，取下试样。5）、用读书显微镜测定凹痕直径d(mm)。用d值查对照表或代入公式求得布氏硬度。6)、整理试验机及工具、试样，并整理测得数据，填写实验报告（二）、洛氏硬度实验原理及实验步骤1.洛氏硬度实验原理15以直径1.588mm的钢球或锥顶角为120°的金刚石椎体为压头，在一定载荷（包括预载荷10Kg和一定的主载荷）作用下，垂直压入试样表面，卸去主载荷，在保留预载荷情况下，测量残余压入深度h毫米，按下式计算硬度值，或从表上读出002.0hHRC（总载荷150Kg）HRB=002.0130h（总载荷60Kg）2.实验步骤1）、清理试样表面，根据试样形状选择合适的工作台2）、根据材料的大致硬度，按照国际规定选择压头种类和负荷大小，并调节试验机3）、转动升降手轮，使试样的被测表面与压头接触，继续缓慢转动手轮使投影屏上的基线与一定标准线重合，此时即加上10Kg预载荷4）、扳动操作手柄，加上主载荷。5）、将操作手柄反向扳动，卸除主载荷。此时投影屏上横线对标准尺的数字（或刻度值）即为洛氏硬度值6）、反转升降手柄，取下试样。7）、整理试验机及工具、试样，并整理测得的实验数据。四、数据处理（一）、布氏硬度实验1、硬度计型号：HB30002、实验结果记录试样材料及热处理状态试样厚度（mm）钢球直径（mm）负荷P（Kgf）负荷保持时间（秒）凹痕直径d（mm）布氏硬度值（HB）灰铸铁（退火，淬火）60103000104.501179灰铸铁（退火，淬火）60103000104.605170灰铸铁（退火，淬火）60103000104.96514516（二）、洛氏硬度实验1、硬度计型号：HR-150A2、实验结果记录试样材料及热处理状态洛氏硬度标尺符号压头类型预载荷主载荷总载荷洛氏硬度值相当布氏硬度（HB）123平均W18Cr4V(低温回火)HRC金刚石1014015065.562.562.063．3710Cr12（低温回火）HRC金刚石222022.52223517实验五材料的冲击韧性实验一、实验目的1.测定低碳钢，铸铁，黄铜等材料冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。2.掌握JB-300B型摆锤式冲击试验机的操作原理。二﹑实验设备1、济南时代试金仪有限公司生产的JB-300B型摆锤式冲击试验机。2、游标卡尺三﹑试样的制备若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。