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1、实验十三 金属材料的冲击实验 一、实验目的 测定和比较不同金属材料的冲击韧度，并观察破坏情况。 二、实验设备 1JB30A冲击试验机 2游标卡尺 三、实验概述 1金属材料在动载荷作用下与静荷作用下所表现的性能是不同的。在静荷下表现良好塑性的材料，在动荷下可以呈现出脆性。因此，承受动荷作用的材料需进行冲击实验，以测定其动荷力学性能。工程上常用冲击弯曲实验来检查产品质量，揭露在静荷实验时不能揭露的内部缺陷对力学性能的影响，以及用来揭示材料在某些条件下（如低温等）具有脆性倾向的可能性。 2试件抵抗冲击破坏的能力通常以冲击韧度K表示： AEaK=（N m/ )2mm 式中，E 冲断标准试件所消耗的能量
2、。 A 试件切槽削弱处之最小横截面积。 冲击韧度K是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试件的绝对尺寸、缺口形状，实验温度等条件的变化而不同。为了保证实验结果能进行比较，试件的形状，尺寸及试验条件等在有关的实验标准中均有所规定。 3冲击试件：本实验采用的是我国通用的标准试件如图24所示。实验时试件放置情况如图25所示。 -39- 4冲击试验机。其原理如图26所示。绕水平轴转动的摆杆下部装有摆锤，摆锤中央凹口中装有冲击刀刃。冲击前，装好试件，将摆锤按规定抬起一角度1，当摆锤自由下落时，将试件冲断，由于冲断试件消耗了一部分能量，因此摆锤能继续向左运动摆起一个角度2。所以冲断试件的能量为 )(
3、21hhQE = )cos(cos12aaQl = 此能量E可直接在机器的度盘上读出。 四实验步骤 1记录室温。 2测量试件尺寸。 3检查机器，校正零点。检查机器运动部分和钳口座等的固结情况。校零点用空摆实验进行。 4安装试件。将摆锤拉起一角度，然后将试件放入钳口座，并用样板校正位置以对准刀刃。 5将度盘上指示副针拨至度盘左端，准备实验。 6冲击实验。将电器控制盒拿在手中，操作者与观察者均远离试验机一米以上。打开控制盒上开关，并按下“摆臂下降”按钮，试验机上的升摆装置便自动下降并挂住摆杆后自动回升到某一角度。之后，再检查一下有无障碍物及其它不安全因素，一切妥善后，按动“冲击”按钮，便自动脱钩，
4、摆锤自由下落，冲击试件，并向另一边摆至2角度，当其再度回落后，便可按下“摆臂夹紧”按扭，使摆锤较快停止摆动。 7记下E值，观察破坏断面，绘下草图。然后，整理机器，结束实验。 五、注意事项 1本实验要特别注意安全。先安试件，后再升起摆锤，严禁先升摆锤，后安试件。因为这样很危险。 2冲击时，同学们一律不得站在面对摆锤运动的方向上，以免试件飞出伤人。 六、预习要求 1预习本讲义及教科书上有关内容。 2明确实验目的，准备好表格，参考格式如下。 原始尺寸 最小横截面积 b （cm） h （cm） 面积 A（2cm）冲击功 E（Nm）钢 铁 七。报告要求 包括测定结果，断口图，并比较低碳钢与铸铁受冲击时，
5、其性能有何不同。 -40- 破坏断口图 k Nm/2mm 材料 实验十四 金属材料的疲劳实验 一、实验目的 1观察金属材料在交变应力下的破坏情况。 2了解疲劳实验的一般方法，加深理解材料疲劳极限的概念。 二、实验设备 112型材料疲劳试验机； 2百分表及表架； 3钢板尺 三、实验概述 1疲劳实验的基本目的是确定材料的疲劳极限（或说持久极限），通常采用的是旋转弯曲疲劳实验。疲劳极限按其定义是材料在交变应力作用下，能经受无限次循环而不破坏的最大应力的极限值。实际上，实验不可能使试件进行无限次循环，因此规定一个循环数作为“实验基数”。对于黑色金属N=（510）106，对于有色金属N=（50100）1
6、06，所以，实际的疲劳极限指的是能经受N次循环而不发生疲劳破坏的最大应力值。 2实验方法：取一组同样的试件（812根），如图27所示。每根试件选择不同的应力进行实验。第一根试件的最大应力一般为0.60.7b（b为静荷强度极限），记下试件发生破坏的循环数N，以后各根试件的应力依次减少2040N/mm2，直到最后一根试件在规定的循环次数尚不破坏时为止。最后的两根试件（破坏的和未破坏的）的应力差，应不大于10N/mm2。所得实验结果可绘成以和N为坐标的疲劳曲线，该曲线渐近线纵坐标即定为材料的疲劳极限。r（这里1=r）如图28所示。 3疲劳试验机 本实验用国产12型疲劳试验机进行。它是一种简单支梁式纯
7、弯曲疲劳试验机，原理如图29所示。试件（1）装在滚筒（2）（3）内的弹簧夹头中，砝码（4）通过吊杆作用于试件上，使试件处于纯弯曲受力状态。马达（5）通过十字轴（6）使试件转动。因此，可知试件上任一点受对称循环的交变应力，其最大应力值为 3maxmax16dpaWM = 式中， mma 100= d试件直径 P砝码重量 -41- 实验的循环次数，通过计数器（7）记录下来。鼓轮（3）下有一自动停车钮，试件断裂后，可自动停车。 四、实验步骤 1测定材料的b，拟定疲劳实验的加载方案。 2检查机器联接情况，认为正常后，选择同一规格的试件812根，安装第一根试件，并进行各项调整和检查。 3安装完毕，经教师检查许可后方可开车实验，逐渐加上载荷，并记下计数器初读数。 4试件断裂后，马达自行停车，记下计数器读数，卸下载荷，取下试件，观察疲劳断口情况。 5按上述方法逐根实验，所得N数据描在坐标纸上，即可得疲劳曲线，然后求出疲劳极限-1。 五、注意事项 1开车后，马达若有杂音应立即停车检查。 2实验进行中，切勿接近旋转部分，留有长发的女同学应带安全帽，以防止发生伤人事故。 六、预习要求 1阅读本实验讲义及教科书中有关的部分。 2明确实验目的，做好记录准备。 -42-
