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1、工程材料实验1、硬度试验（1）布氏硬度试验【布氏硬度计】TH600型布氏硬度计的构造如图1所示。它主要由机体、可更换工作台6、大杠杆16、小杠杆l、压轴3、减速器13、换向开关14等部件组成。工作台机构机体下部安装套筒11，套筒内装有螺杆8，在螺杆上部是工作台立柱7。立柱上安装可更换工作台6，旋转手轮9，通过螺母l0可使螺杆带动工作台上下垂直移动。图1 TH600型布氏硬度试验机简图l-小杠杆；2-弹簧；3-压轴；4-主轴衬套；5-压头；6-可更换工作台；7-工作台立柱；8-螺杆；9-升降手轮；10螺母；11-套筒；12-电动机；13-减速器；14-换向开关；15-砝码；16-大杠杆；17-吊
2、环；18-机体；19-电源开关；杠杆机构它由大杠杆16、吊环17、小杠杆1和压轴3等组成。载荷是由砝码15通过大杠杆16、吊环17、小杠杆l和压轴3、主轴衬套4、压头5等部件的作用，将钢球压人试样表面。加载或卸载是由电动机12通过减速器13和一组连杆机构来实现的。压轴机构它是由弹簧2压轴3和主轴衬套4等部件组成。弹簧在非工作状态时是将主轴衬套压靠在锥形座内，使压轴紧靠在小杠杆中间的刀刃支架上，从而保持压轴的准确位置。【试样的技术条件】1试样的试验面，应制成光滑平面，不应有氧化皮及污物。试验面应能保证压痕直径能精确测量，试样表面粗糙度Ra值一般不应大于0.8m。2在试样制备过程中，应尽量避免由于
3、受热及冷加工对试样表面硬度的影响。3布氏硬度试样厚度至少应为压痕深度的l0倍。4试验温度一般在1035oC范围内。【实验操作步骤】1根据材料和布氏硬度范围由第1章表1-2选择FD2值，确定压头直径，载荷及载荷的保持时间。2将压头5装在主轴衬套4内，先暂时将压头固定螺钉轻轻地旋压在压头杆扁平处。3将试样和工作台6的台面揩擦干净，将试样稳固地放在工作台上，然后按顺时针方向转动工作台升降手轮9使工作台缓慢上升，并使压头与试样接触，直到手轮与升降螺母l0产生相对滑动（打滑）时为止，接着再将压头固定螺钉旋紧。此时按“开始”键，试验开始自动进行，依次自动完成以下过程：试验力加载（加载指示灯亮）；试验力完全
4、加上后开始按设定的保持时间倒计时，保持该试验力（保持指示灯亮）；时间到后立即开始卸载（卸载指示灯亮），完成卸载后恢复初始状态（电源指示灯亮）。（钢铁材料试验载荷的保持时间为1015秒；非铁金属为30秒；布氏硬度小于35时为60秒。）4检验并确定试验结果 逆时针转动手轮，样品台下降，取下试样，用读数显微镜测量试样表面在两个垂直方向测出压痕直径d1和d2的数值，取平均值。然后根据压痕平均直径按附录1 中的公式计算或按附录2 查表确定硬度值。本硬度计所带读数显微镜为20 倍，鼓轮最小刻度值为0.01mm，使用时应合理利用光源。测量较小压痕直径时，也可以应用其它更大放大倍数的读数装置以提高读数准确度。
5、 5. 关机 卸除全部试验力，关闭电源开关。若长期不用，拔除电源连线；取下压头、砝码等，妥善存放 。【实验注意事项】1试样压痕平均直径d应在0.25D0.6D之间，否则无效，应换用其他载荷做实验。2压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕平均直径的2.5倍，两相邻压痕中心距离不应小于压痕平均直径的4倍，布氏硬度小于35时，上述距离应分别为压痕平均直径的3倍和6倍。（2）洛氏硬度实验【洛氏硬度计】常用的TH301型硬度计的简单构造如图2所示。TH-301型硬度计是由机架、加载机构、测量指示机构及工作台升降机构等主要部分组成。图2 TH301型洛氏硬度试验机简图1-调整块；2顶杆；3-调整螺钉；4-表盘
6、；5-按钮；6-紧固螺母；7-试样；8-工作台；9-手轮；10-放油螺钉；11-操纵手柄；12-砝码座；13-油针；14、15-磁码；16-吊杆；17-吊套；18-指示器加载机构由压头、主轴系统、加载杠杆、砝码、缓冲器、连杆和操纵手柄等组成。硬度计初载荷98N(10kgf)是由主轴、加载杠杆、吊杆16等零件的重量以及指示器18的测量载荷和指示杠杆对主轴的作用载荷等共同组成。顺时针方向旋转手轮9，升起工作台8使试样与压头接触直到指示器小指针指于红点，即表示初载荷已加上。总载荷是由初载荷和通过加载杠杆放大后的砝码作用载荷(即主载荷)共同组成。在缓冲器的托盘上放置一组砝码，当缓冲器活塞下降时，砝码也
7、随同下降，砝码的重量便作用于加载杠杆上，于是压头就受到总载荷的作用。若选用不同数量的砝码，便可获得三种不同大小的总载荷。缓冲器的作用是为了缓慢地施加主载荷，以防止产生冲击现象。操纵手柄11专作为主载荷的施加或卸除用，当手柄向后推倒时，主载荷便借助缓冲器缓慢平稳地施加在压头上，当手柄向前扳回时，主载荷砝码被托盘托起而被卸载。但98N初载荷仍作用在压头上。测量指示机构由顶杆2、小杠杆、指示器18等机件组成，它可显示初载荷是否加上，又是测定硬度的读数装置。当试样随工作台升起，顶住压头主轴，通过顶杆、小杠杆等机构转动指示器内的小指针指于红点时，表明初载荷已加上。当主载荷加上，主轴和压头受到总载荷作用后
8、，压头便平稳地压入被测试样的表面。此时由于主轴的下降，通过小杠杆反映到指示器上，引起大指针逆时针回转到某一位置。当卸除主载荷后，由于试样压痕部位的弹性变形消除，促使主轴上移，又经小杠杆作用，使大指针顺时针旋转停于某一位置。最后大指针所指的刻度盘上的读数，即为试样所测得的硬度值。工作台升降机构是由升降螺母、丝杠手轮9和工作台8所组成。【实验操作步骤】1根据试样材料及预计硬度范围，选择压头类型和初、主载荷。2根据试样形状和大小，选择适宜工作台，将试样平稳地放在工作台上。3顺时针方向转动工作台升降手轮，将试样与压头缓慢接触使指示器指针或指示线至规定标志即加上初载荷。如超过规定则应卸除初载荷，在试样另
9、一位置试验。4调整指示器至B(或C)点后，将操纵手柄向前扳动，加主载荷，应在48秒内完成。待大指针停止转动后，再将卸载手柄扳回，卸除主载荷。5卸除载荷(在2秒完成)后，按指示器大指针所指刻度线读出硬度值。以金刚石圆锥体作压头(HRA和HRC)的，按刻度盘下圈标记为“C”的黑色格子读数，若是以淬火钢球作为压头的，则按内圈标记为“B”的红色格子读数。6逆时针方向旋转手轮，降下工作台，取下试样，或移动试样选择新的部位，继续进行实验。【实验注意事项】1试样两相邻压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘距离一般不小于3mm，在特殊情况下，这个距离可以减小，但不应小于直径的3倍。2为了获得较准确的硬度值，在每
10、个试样上的试验点数应不小于三点(第一点不记)，取三点的算术平均值作为硬度值。对于大批试样的检验，点数可以适当减少。3被测试样的厚度应大于压痕残余深度的十倍，试样表面应光洁平整，不得有氧化皮，裂缝及其他污物沾染。4要记住手轮的旋转方向，顺时针旋转时工作台上升，反之下降。特别在试验快结束时，需下降工作台卸除初载荷，取下试样或调换试样位置的时候，手轮不得转错方向，否则，手轮转错，使工作台上升，就容易顶坏压头。2、扭转试验扭转试验机是一种可对试样施加扭矩并能指示出扭矩大小的机器。它的类型有好多种，构造也各有不同。下面介绍两种常见的扭力机。 1）NSJ-01型扭力试验机 本试验机主要是对各种材料的两个旋
11、向施加扭矩进行扭转试验，有两种检测方法： 自动检测：摇动手轮至试帮扭断，试验机自动检测材料的屈服扭矩M1，最大扭矩M2. 手动检测：可任意选择纪录实验过程中9个点的试验角度与扭矩，试验结束后可查询或打印当次试验结果。实验原理本试验使用圆形截面试件。将试件装在扭力试验机上，开动机器，给试件加扭矩。利用机器上的自动绘图装置，可以得到Mn一曲线。这Mn一曲线也叫扭转图。低碳钢试件的Mn一曲线，如图3所示。图中起始直线段OA表明试件在这阶段中的Mn与成比例， 截面上的剪应力呈线性分布，如图 4（a）。在 A点处，图3 低碳钢试件扭转图Mn 与的比例关系开始破坏，此时截面周边上的剪应力达到了材料的剪切屈
12、服极限，相应的扭矩记为MP。 由于这时截面内部的剪应力尚小于，故试件仍具有承载能力，Mn曲线呈继续上升的趋势。扭矩超过 MP后，截面上的剪应力分布发生变化，如图 4（b）。在截面上出现了一个环状塑性区，并随着Mn的增长，塑性区逐步向中心扩展，Mn曲线稍微上升，直到B点趋于平坦，截面上各材料完全达到屈服，扭矩度盘上的指针几乎不动或摆动，此时测力度盘上指示出的扭矩或指针摆动的最小值即为屈服扭矩Ms。如图4（C），根据静力平衡条件，可以求得与Ms的关系为：将式中dA用环状面积元素表示，则有 （4-1）故剪切屈服极限式中是试件的抗扭截面模量。图4 截面上剪应力分布图 继续给试件加载，试件再继续变形，材
13、料进一步强化。当达到Mn一曲线上的C点时，试件被剪断。由测力度盘上的被动计可读出最大扭矩Mb，与公式（41）相似，可得剪切强度极限 （42） 铸铁的Mn一曲线如右图所示。从开始受扭，直到破坏，近似为一直线，按弹性应力公式，其剪切强度极限： （43）图4-7 铸铁的扭转图 试件受扭，材料处于纯剪切应力状态，在垂直于杆轴和平行于杆轴的各平面上作用着剪应力，而与杆轴成45角的螺旋面上。则分别只作用着、的正应力，如图图6 试冲受扭的应力分布图6所示。 由于低碳钢的抗拉能力高于抗剪能力，故试件沿横截面剪断，而铸铁的抗拉能力低于抗剪能力， 故试件从表面上某一最弱处，沿与轴线成45方向拉断成一螺旋面。四、试
14、验步骤 1用游标卡尺测量试件直径，求出抗扭截面模量Wn。在试件的中央和两端共三处，每处测一对正交方向，取平均值作该处直径，然后取三处直径最小者，作为试件直径d，并据此计算Wn。 2根据求出的Wn、估计试件材料的，求出大致需要的最大载荷，确定所需的机器量程。3将试件两端装入试验机的夹头内，调整好绘图装置，将指针对准零点，并将测角度盘调整到零。4用粉笔在试件表面上画一纵向线，以便观察度件的扭转变形情况。 5对于低碳钢试件，可以先用手动（或慢速电动加载）缓慢而均匀地加载，当测力指针前进速度渐渐减慢以至停留不动或摆动，这时，它表明的值就是Ms（注意：指针停止不动时间很短，因此要留心观察）。然后卸掉手摇
15、柄，用电动加载（或换成快速电动加载）直至试件破坏并立即停车。记下被动指针所指的最大扭矩，注意观察测角度盘的读数。6铸铁试件的试验步骤与低碳钢相同，可直接用电动加载，记录试件破坏时的最大扭矩值。(7)实验结束，立即停机，取下试件，将机器复原并清理现场。2、注意事项（1）开机前要把调速电位器逆时针旋到零点，以防开机时产生冲击力矩而损坏试验机零部件。（2）施加扭矩后，禁止再转动“量程选择手轮”和改变“变速开关”。（3）面板上的正、反加载按钮不能同时按下。若要改变施加扭矩方向和变换变速开关，必须先按“停”按钮后，再改变扭矩方向和变速开关。（4）试验机运转时，操作人员不能离开。发现异常声音或其它任何故障，应立即停机并报告指导教师处理。五、实验报告填写一、实验目的二、实验设备三、试件形状简图四、实验数据表1试件几何尺寸低碳钢铸铁平均直径d0(mm)
