《材料性能及分析资料报告测试技术实验教学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料性能及分析资料报告测试技术实验教学（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、word材料性能及分析测试技术实验课程一、 学生人数4个班，共计90位学生。二、 试验容试验容：如下表：项目学时材料静载拉伸材料：45号钢（退火）、LY12(2A12)硬铝硬度试验6种材料电子显微分析（观摩演示） / 实验一 静载拉伸一、 实验目的掌握材料基本力学性能测试和分析的方法，具体包括：1） 熟悉液压万能试验机的操作；2） 掌握拉伸试样尺寸的测量方法；3） 掌握建立材料工程应力-应变曲线和真实应力-应变曲线的方法；4） 观察对比低碳钢和硬铝两种材料的变形特点（弹性阶段、屈服、塑性阶段、加工硬化、颈缩和断裂）；5） 测定两种材料的基本力学性能（强度、塑性）；6） 加深对材料拉伸性能物理意
2、义的理解。二、 实验器材及材料设备（器材）：万能试验机、游标卡尺；材料：45号钢（退火）、LY12(2A12)硬铝三、 实验步骤1） 对低碳钢圆棒试样进行单向静载单向拉伸试验，拉断为止，获得拉伸曲线；2） 对硬铝圆棒试样进行单向静载单向拉伸试验，拉断为止，获得拉伸曲线；3） 分别绘制两种材料的名义和真实应力-应变曲线；4） 分别测定以上两种材料的基本力学性能（屈服强度、强度极限、延伸率、截面收缩率）。5） 撰写实验报告。实验二 硬度试验一、 实验目的掌握硬度测定的基本原理及常用硬度试样方法及其应用围；学会使用硬度计。二、 实验器材设备：不同型号硬度计；材料：不同材料三、 实验步骤1） 了解各种
3、硬度计的构造原理、操作方法和注意事项；2） 按照各种硬度试验的选用原则，采用不同状态的金属，分别在布氏、洛氏、维氏硬度计上进行硬度测试；3） 观察压痕大小和形状，正确测定硬度值；4） 对比分析不同硬度测试方法间的不同；5） 分析硬度值与金属成分和组织的关系；6） 撰写实验报告。四、 实验指导1、布氏硬度测定的原理和方法 测定布氏硬度是用一定的压力将淬火钢球和硬质合金球压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力。于是，在试样表面留下压痕（见图），单位压痕表面积A上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值。已知施加的压力P，压头直径D，只要测出试件表面上的压痕深度h或直径d，即可按下式求出布氏硬度 值，
4、单位为kgf/mm2，但一般不标注单位。 ( 1 ) 由于材料的硬度不同，试件的厚度不同，所以在测定布氏硬度时往往要选用不同直径的压头和压力。在这种情况下，要在同一材料上测得相同的布氏硬度，或在不同的材料上测得的硬度可以相互比较，则压痕的形状必须几何相似。图1表示用两个直径不同的压头D1和D2，在不同的压力P1和P2的作用下，压入试件表面的情况。要使两个压痕几何相似，则两个压痕的压入角应相等。由图1可见，d=Dsin/2，代入式（1），得 ( 2 ) 图 1 压痕几何相似示意图表一 布氏硬度实验的P/D2值选择表由式（2）可见，要使布氏硬度的压痕几何相似，则比值P/D2应为常数。所以，布氏硬度
5、实验前，根据试件的厚度选定压头直径。试件的厚度应大于压痕深度的10倍。在试件厚度足够时，应尽可能选用10mm直径的压头。然后再根据材料及其硬度围，参照表1选择P/D2之值，从而算出试验所需压力P之值。应当指出，压痕直径d应在0.25-0.60D围，所测硬度方位有效。若d值超出上述围，则应另选P/D2之值，重做试验。布氏硬度的测定在布氏硬度试验机上进行：1） 测试时必须保持所加压力与试件表面垂直，施加压力应均匀平稳，不得有冲击和振动。2） 在压力作用下的保持时间也有规定，对于钢铁材料应为10秒，有色金属为30秒，而软金属材料（HB35=的材料）为60秒。3） 卸除载荷后，测定压痕直径，代入式（1
6、），即可求得HB之值。为使用方便，已按式（1）制出布氏硬度数值表。测得压痕直径后，即可查表求得HB之值，并用下列符号表示：当压头为淬火钢球时，用HBS表示；当压头为硬质合金球时，用HBW表示。HBS和HBW之前的数字表示硬度值，其后的数字表示试验条件，依次为压头直径、压力和保持时间。例如，200HBS10/3000/30表示用10mm直径淬火钢球，加压3000kgf，保持30s，测得的布氏硬度值为200；又如，500HBW5/750，表示用硬质合金球，压头直径5mm，加压750kgf，保持10-15s（保持时间为10-15s，不加标注），测得布氏硬度值为500。当使用淬火钢球作压头时，只能用于
7、测定HB450，应测定材料的洛氏硬度为宜。应为测定硬材料的布氏硬度时，所加单位压力大，可能会损坏压头。2、洛氏硬度测定的原理和方法 洛氏硬度是指直接测量压痕深度，并以压痕深浅表示材料的硬度。常用的洛氏硬度的压头有两类：即顶角为120的金刚石圆锥体压头和直径为1.588mm（1/16英寸）的钢球压头。测洛氏硬度时先加10kgf（98.1MPa）的预压力，然后再加主压力，所加的总压力大小，视被测材料的软硬而定；采用不同压头并施加不同的压力，可以组成不同的洛氏硬度指标尺。生产上常用的为A、B和C三种洛氏硬度指标，其中又以C指标应用最普遍。用这三种洛氏硬度指标测得的硬度分别记为HRA、HRB和HRC。
8、洛氏硬度测试时，试件表面应为平面。测定HRC时，采用金刚石压头，先加10kgf（98.1MPa）预载，压入材料表面的深度为h0，此时表盘上的指针指向零点。2）然后再加上140kgf主载荷，压头压入表面的深度为h1，表盘上的指针逆时针方向转到相应的刻度。在主载荷的作用下，压入金属表面的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。 3）卸载主载荷之后，表面变形中的弹性部分将回复，压头将回升一段距离，即（），表盘上的指针将相应的回转。 4）最后，在试件表面留下的残余压痕深度为e。人为的规定：当时，当，压痕深度每增0.002mm，HRC降低1个单位。于是有 （3） 这样的定义与人们的思维习惯相符合，即压痕深度愈
9、小，材料愈硬；反之，压痕深度大，则硬度低。可以方便的按公式（3）所表示的HRC-e之间的线性关系，制成洛氏硬度读数表，装在洛氏硬度试验机上。在主载荷卸除后，即可由读数表直接读出HRC之值。测定洛氏硬度HRA时，所用总载荷为60kgf，其定义与HRC的相同。测定HRB时，采用1.588的钢球做压头，总载荷为100kgf（980N）,测定方法与测定HRC的相同。但HRB的定义方法略有不同，如下式所示 （4） 3、维氏硬度测定的原理和方法维氏硬度测定的原理与方法基本上与布氏硬度的相同，也是根据单位压痕表面积上所承受的压力来定义硬度值。但测定维氏硬度所用的压头为金刚石制成的四方角锥体，两相对面间的夹角
10、为，所加的载荷较小。测定维氏硬度时，也是以一定的压力将压头压入试件表面，保持一定的时间后卸除压力，于是在试件表面上留下压痕，如图2所示。已知载荷P，测得压痕两对角线长度后取平均值d，代入下式求得维氏硬度，单位为,但一般不标注单位。 （5） 1）维氏硬度试验时，所加的载荷为5kgf（49.03N）,10kgf（98.07N），,20kgf（196.1N）,30kgf（294.2N）,50kgf（490. 3N）和100kgf（980.7N）等6种。维氏硬度特别适用于表面硬化层和薄片材料的硬度测定。选择载荷时，应使硬化层或试件的厚度大1.5d。当待测试件厚度较大，应尽要能选用较大的载荷，以减少对角
11、线测量的相对误差和试件表面层的影响，提高维氏硬度测定的精度。但对于HV500的材料，实验时不宜采用50kgf以上的载荷，以免损坏金刚石压头。测很薄试件的维氏硬度，可选用更小的载荷。2）当载荷一定时，即可根据d之值，算出维氏硬度表。实验时，只要测量压痕两对角线长度的平均值，即可查表求得维氏硬度。3）维氏硬度的表示方法与布氏硬度的相同，例如，60HV30/20，前面的数字为硬度值，后面的数字依次为所加载荷和保持时间。4、显微维氏硬度测定的原理和方法 显微维氏硬度试验实质上就是更小载荷的维氏硬度试验，其测试原理和维氏硬度试验相同，故硬度值可用公式（5）计算，并仍用符号HV表示。但由于测试载荷小，载荷
12、与压痕之间的关系就不一定像维氏硬度试验那样符合几何相似原理，因此测试结果必须注明载荷大小，以便能进行有效的比较；如340HV0.1表示0.1kgf（0.98N）的载荷测得的维氏显微硬度为340，而340HV0.05则表示0.05kgf（0.49N）的载荷测得的硬度为340。拉伸试验报告： 班级： 学号： 实验成绩：实验地点：航空楼 实验日期： 一、实验目的：掌握材料基本力学性能测试和分析的方法，具体包括：7） 熟悉液压万能试验机的操作；8） 掌握拉伸试样尺寸的测量方法； 9） 观察对比低碳钢和硬铝两种材料的变形特点（弹性阶段、屈服、塑性阶段、加工硬化、颈缩和断裂）；10） 测定两种材料的基本力
13、学性能（强度、塑性）；11） 加深对材料拉伸性能物理意义的理解。二、实验设备：万能试验机、游标卡尺；三、实验温度：10摄氏度四、实验材料：45号钢（退火）、LY12(2A12)硬铝五、试样尺寸：标距 L0=100mm试件直径 d0mm六、实验数据：1） 45号钢（退火）1.试样原始尺寸低碳钢测点1d0(mm)测点2d0(mm)测点3d0(mm)平均直径d0(mm)试件直径d0(mm)横截面积A0(mm2)标距L0(mm)水平方向垂直方向2.试样拉断后尺寸(由于试样在拉伸过程中发生颈缩，只测量了颈缩断面直径)低碳钢测点1d0(mm)测点2d0(mm)测点3d0(mm)平均直径d0(mm)试件直径d0(mm)横截面积A0(mm2)标距L0(mm)水平方向垂直方向3.载荷屈服载荷FS(kN)最大载荷Fb(kN)2） 硬铝1.试样原始尺寸硬铝测点1d0(mm)测点2d0(mm)测点3d0(mm)平均直径d0(mm)试件直径d0(mm)横截面积A0(mm2)标距L0(mm)水平方向垂直方向2.试样拉断后尺寸硬铝测点1d0(mm)测点2d0(mm)测点3d0(mm)平均直径d0(mm)试件直径d0(mm)横截面积A0(mm2)标距L0(mm)水平方向垂直方向3.载荷屈服载荷FS(kN)最大载荷Fb(kN)3)拉伸曲线（两种材料）硬铝的力-伸长曲线 低碳
