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1、金属材料的力学性能实验I. 拉伸试验一、实验目的1. 加深对强度、塑性以及拉伸曲线的理解；2. 测定低碳钢的屈服点、抗拉强度、伸长率和断面收缩率。二、实验设备及材料1. 万能材料试验机；2. 低碳钢拉伸试样。三、实验原理拉伸试验应按金属拉伸试验方法(GB228-87)进行，施加载荷将试样拉伸，测量材 料抵抗拉伸载荷作用时的各项性能指标。拉伸试验所用试样应按金属拉伸试验用试样(GB639786)制取，常用圆形截面的 短试样(见图11)。试验机主要由加力和测力两个基本部分组成。加力部分是给试样施力的装置，测力部分 是将试样受力情况显示在表盘上的装置。此外还有装夹装置和绘图装置，分别用来装夹试样 和
2、自动绘出拉伸曲线。目前常用的液压摆锤针盘式万能材料试验机的结构如图112所示。拉伸试验时，将试样安装在试验机上，开动机器缓慢施加拉伸力P，试样逐渐伸长&， 同时测力盘的指针指示出力的大小，自动绘图装置则绘出拉伸曲线，如图12所示，直至 试样被拉断。根据拉伸曲线、试样拉断后的标距I 1和缩颈处的最小横截面积S1，即可求出材料的 强度和塑性指标。四、实验步骤1. 测量试样原始尺寸I 0和d0。2. 检查试验机各部分是否正常，然后将试样垂直夹持在试验机的上、下钳口内。3. 将测力盘指针调零，并调整好绘图装置。4. 按下启动电钮，开始加力，注意观察试样在拉伸过程中的变形过程和测力盘指针的 转动情况，并
3、记录屈服力Ps和最大拉伸力Pb的值图112万能材料试验机结构l 一大活塞2一工作液压缸3一下夹头电动机4一渗油回油管5 送油阀6一液压泵7一电动机8一测力油管9 一送油管10 一回油阀11 一测力液压缸12 一测力活塞13 一测力拉杆14 一摆杆15 一推杆16 一测力盘5. 试样拉断后，立即按下停止电钮，试验机停止工作。6. 取下拉断的试样，测量缩颈处的最小直径d1,并将试样断裂处紧密对接在一起， 测量断后标距Z。7. 根据试验所得数据，计算的6 s6 bOw值，并填人表15中。五、实验结果表15拉伸试验记录表-P4- 、一 材试 料样试样原始尺寸试样断后尺寸拉伸力计算值原始标距原始直径断后
4、标距缩颈处最小直径屈服 力最大 力屈服点八、抗拉强度断后伸长率断面收缩率注：表中数据至少应是3个试样实测结果的平均值。六、分析与讨论1. 观察试样拉断后的断口，指出低碳钢拉伸试样的断口有何特征？2. 拉伸试验时，当试样产生缩颈后，为什么测力盘指针指示拉伸力下降而试样却继 续伸长？II.金属材料的硬度试验一、实验目的1. 了解布氏硬度计、洛氏硬度计的工作原理和操作方法；2. 初步掌握金属材料布氏硬度、洛氏硬度的测量方法。二、实验设备及材料1. HB 一 3000型布氏硬度试验机；2. HR 一 150型洛氏硬度试验机；3. 读数显微镜；4. 试样：20 mmX 10 mm，20钢；20 mmX
5、10 mm， 45钢和T12钢。正火及 淬火状态。三、实验原理金属布氏硬度试验按金属布氏硬度试验方法（GB23184）进行。用一定直径D 的钢球或硬质合金球作压头，以相应的试验力P压入试样表面，经规定保持时间后卸除试 验力，测量试样表面的压痕直径d，然后根据所选择的D与P及测得的压痕直径d查“金属 布氏硬度数值表”，得出HB值。常用的HB 一 3000型布氏硬度计的结构如图113所示。图1 一 13 HB 一 3000型布氏硬度计结构1一小杠杆一2一弹簧3 一压轴4一主轴衬套5 一压头6 一可更换工作台7工作台立柱8 一螺杆 9 一升降手轮10 一螺母11 一套筒12 一电动机13 一减速器1
6、4 一换向开关15 一砝码16 一大杠杆 17 一吊环 18 一机体 19 一电源开关金属洛氏硬度试验按GB / T230-91金属洛氏硬度试验方法进行。以金刚石圆锥 体或淬火钢球作压头，压头在初试验力及总试验力的先、后作用下压人试样表面，经规定保 持时间后，卸除主试验力，在保留初试验力作用下，用测量的残余压痕深度增量计算硬度值。 试样的洛氏硬度值可以从洛氏硬度计的指示器上直接读取。常用HR 一 150A型洛氏硬度计的结构如图114所示。图114 HR 一 150型洛氏硬度计结构1 一调整块2 一顶杆3一调整螺钉4一调整盘5 一按钮6一紧固螺母7 一试样8 一工作台9 一手轮10 一放油螺钉l
7、l 一操纵手柄12 一砝码座1 3 一油针 14、15 一砝码 16 一杆 17 一吊套 18 一指示器四、实验步骤(一)布氏硬度试验1. 试验前的准备工作(1) 检查试样的试验面是否光滑，有无氧化现象或外来污物。(2) 根据材料和预计的布氏硬度范围以及试样的厚度，按表12选择压头直径、试验力及保持时间。(3) 将选定的压头装入硬度计的主轴衬套内并紧固。(4) 按规范调节好时间定位器和砝码。2. 硬度计的操作顺序(1) 将硬度计工作台擦拭干净，使试样平稳地放置在工作台上(2) 选定测试位置，顺时针旋转升降手轮，使试样试验面与压头接触，并继续转动手轮， 直至手轮打滑空转为止。(3) 按下电源开关
8、，电动机启动，开始施加载荷。此时因紧压螺钉已拧松，圆盘并不转 动，当红色指示灯闪亮时，迅速拧紧调整螺钉，使刻度盘指针转动，达到预定保持时间后， 转动自行停止，试验力自行卸除。(4 )逆时针转动手轮，降下工作台，取下试样。(5) 用读数显微镜在相互垂直的两个方向上测量出压痕直径d。、cz：，取其算术平均值作 为压痕直径d。(6) 根据压痕直径d和试验规范查附表一，得出试样的布氏硬度值。(二)洛氏硬度试验1. 硬度试验前的准备工作(1) 试样的厚度应大于10倍压痕的深度，被测表面应平整光洁，不得带有污物、氧化 皮、裂缝及显著的加工痕迹，支撑面应保持清洁。(2) 根据试样的形状及尺寸来选择合适的工作
9、台。(3) 根据试样技术要求选择标尺。(4) 根据试验标尺选择并安装压头，压头在安装之前必须清洁干净。(5) 调整保荷时间为1012 s。2. 硬度计的操作顺序(1) 将试样放在合适的工作台上。(2) 将手轮顺时针旋转使升降丝杆上升，压头渐渐接触试样，刻度盘指针开始转动，此 时小指针从黑点移向红点，当大指针转动3圈时，小指针指向红点。此时停止旋转手轮。(3) 微调刻度盘并使之对零。(4) 加主载荷，将加载手柄推向加载位置，主载荷将通过杠杆加于压头上，而使压头压 人试样，保持一定时间。(5) 卸除主载荷，使手柄转动至原来位置。(6) 读出硬度值，长指针在卸除主载荷后停留位置所对应的位置即为硬度值
10、。注意，HRB 读红色数字，HRC、HRA读黑色数字。(7) 逆时针旋转手轮，使试样下降脱离压头，取出试样。五、实验结果填写表16、表l 一 7。表16布氏硬度试验记录表材料热处 理实验规范实验结果压头直径实验 力保持时 间压痕直径硬度 值表示 法d 1d 2d 3材料热处理实验规范实验结果标尺压头总实验力第二次第三次第四次平均值表示法表17洛氏硬度实验记录表 六、分析与讨论1. 为什么硬度试验时要规定试验力保持时间?试分析保持时间对硬度试验结果的影 响。2 .用不同的硬度试验方法或不同的实验规范测定的硬度值怎样进行比较？III.冲击试验一、 实验目的1. 加深对金属材料冲击韧性概念的认识和理
11、解；2. 测定常温下45钢和T12钢试样的aKU值。二、实验设备及材料1_摆锤式冲击试验机；2. 试样：45钢、T12钢标准冲击试样。三、实验原理金属夏比冲击试验应按金属夏比（U型缺口）冲击试验方法（GB229-84），在室温 条件下，用规定高度的摆锤对处在简支梁状态的金属试样进行一次冲击，测得试样冲断时吸 收的冲击功A。，并求得试样的冲击韧度aku。金属夏比（U型缺口）冲击试验所用标准试样规定为10 mmX 10 mmX55 mm,并带 有2 mm深的U型缺口，如图17所示。四、实验步骤1. 检查试样是否符合国标规定。2. 检查摆锤空打时被动指针是否指零位，其偏离值不应超过最小刻度的1/4。3. 将摆锤扬起并扳紧操纵手柄，将指针拨至满刻度位置。4. 使用专用样规，将试样紧贴支座安装，并使其缺口对称并位于两支座对称面上， 如图1 8所示。5. 拨动操纵手柄，使摆锤自由下摆进行冲击，试样冲断后立即制动摆锤。6. 摆锤停摆后，即可以从刻度盘上读取试样的Aku值。五、实验结果填写18表18冲击试验记录表试样材料试样尺寸缺口形状缺口宽度缺口深度实验温度冲击韧度断口特征六、分析与讨论1.观察45钢和T12钢的断口特征，试分析其差异的原因。2.改变摆锤扬起高度对冲击韧度值的测量有何影响?
