材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)概要課件

材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)材料學(xué)院趙其章材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)材料學(xué)院1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战饘倮煨阅苤笜?biāo)（特別是Rp0.2）的測(cè)定方法，加深對(duì)拉伸性能指標(biāo)物理意義的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理本試驗(yàn)主要測(cè)定金屬材料的ReH或ReL、Rp0.2、Rm、A和Z等性能指標(biāo)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》，上述性能指標(biāo)的測(cè)定方法如下：

1．上屈服點(diǎn)ReH、下屈服點(diǎn)ReL

具有物理屈服現(xiàn)象的金屬材料，其拉伸曲線的類型如圖1-1所示。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)圖1-1具有物理屈服現(xiàn)象金屬材料的拉伸曲線a)具有屈服平臺(tái)的曲線b)、c)、d)具有上下屈服點(diǎn)的曲線

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)圖1-1具有物理屈服現(xiàn)象金4實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)上屈服點(diǎn)ReH是試樣發(fā)生屈服而試驗(yàn)力首次下降前的最大應(yīng)力。ReH=FeH/S0(N/mm2)下屈服點(diǎn)ReL是當(dāng)不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)（指在屈服過(guò)程中試驗(yàn)力第一次發(fā)生下降）時(shí)屈服階段中的最小應(yīng)力。ReL=FeL/S0(N/mm2)FeH和FeL等試驗(yàn)力值可用兩種方法來(lái)測(cè)定。（1）圖解法試驗(yàn)時(shí)用自動(dòng)記錄裝置繪制力-伸長(zhǎng)曲線圖（見(jiàn)圖1-1）或力-夾頭位移曲線圖。然后從曲線上確定相應(yīng)的試驗(yàn)力值。（2）指針?lè)?液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī))試驗(yàn)時(shí)觀察拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)力度盤(pán)的指針，當(dāng)指針停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的恒力或指針首次回轉(zhuǎn)前的最大試驗(yàn)力，或不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)的最小試驗(yàn)力，即分別為Fsu和FsL。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)上屈服點(diǎn)ReH5實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)2．規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的強(qiáng)度Rp0.2

對(duì)于無(wú)明顯屈服現(xiàn)象的材料，則應(yīng)測(cè)定其規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度，用以表征材料在試驗(yàn)力作用下抵抗微量塑性變形的抗力。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定Rp0.2。Rp0.2=Fp0.2/S0(N/mm2)式中，F(xiàn)p0.2為規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)規(guī)定非比例伸長(zhǎng)力。Fp0.2可用圖解法、卸力法和電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)測(cè)定。圖解法：在拉伸過(guò)程中繪制具有足夠大倍數(shù)的力-伸長(zhǎng)曲線（見(jiàn)圖1-2）。曲線高度應(yīng)使規(guī)定非比例伸長(zhǎng)的力值Fp0.2處于力軸的1/2以上。伸長(zhǎng)放大倍數(shù)n的選擇應(yīng)使圖中OD段長(zhǎng)度不小于5mm。自彈性直線段與橫座標(biāo)軸的交點(diǎn)O起，截取一段相應(yīng)于規(guī)定非比例伸長(zhǎng)的OD（OD=0.2%Len,Le為引伸計(jì)計(jì)算距）。實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)2．規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率為0.2%6實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)過(guò)D作彈性直線段的平行線DB,交曲線于B點(diǎn)，B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的力值即Fp0.2。圖1-2Fp0.2的確定

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)過(guò)D作彈性直線段的平行線DB,7實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)3．抗拉強(qiáng)度Rm將試樣加載至斷裂，由測(cè)力度盤(pán)或拉伸曲線上讀出試樣拉斷前的最大載荷Fm，F(xiàn)m所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為抗拉強(qiáng)度Rm。Rm=Fm/S0(N/mm2)4．?dāng)嗪笊扉L(zhǎng)率A試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比，即A=(Lu-L0)/L0*100%式中，L0為試樣原始標(biāo)距，Lu為試樣拉斷后的標(biāo)距。由于試樣斷裂位置對(duì)A有影響，其中以斷在正中的試樣伸長(zhǎng)率最大。因此，測(cè)量斷后標(biāo)距部分長(zhǎng)度Lu時(shí)，規(guī)定以斷在正中試樣的L1為標(biāo)準(zhǔn)，若不是斷在正中者，則應(yīng)換算到相當(dāng)于在正中的Lu。為此，試樣在拉伸前應(yīng)將標(biāo)距部分劃為10等分，劃上標(biāo)記。測(cè)量Lu時(shí)分為兩種情況：實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)3．抗拉強(qiáng)度Rm8實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)（1）如果拉斷處到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離大于1/3L0，可直接測(cè)量斷后兩端點(diǎn)的距離Lu；（2）如果拉斷處到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于1/3L0，要用移位法換算Lu。如圖1-3所示。①如N-n為奇數(shù)(圖1-3-a),Lu=XY+YZ’+YZ”②如N-n為偶數(shù)(圖1-3-b),Lu=XY+2YZ實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)（1）如果拉斷處到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)9實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

5．?dāng)嗝媸湛s率Z斷面收縮率Z為試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原橫截面積的百分比，即Z=(S0-Su)/S0*100%式中，S0和Su分別為試樣原始橫截面積和拉斷后縮頸處的最小橫截面積（mm2）。測(cè)定Su的方法對(duì)于圓柱試樣在縮頸最小處兩個(gè)互相垂直方向上測(cè)其直徑，然后取其算術(shù)平均值。三、實(shí)驗(yàn)步驟1．試樣的準(zhǔn)備（1）將領(lǐng)取的試樣打上印記，并將材料，熱處理狀態(tài)填入附表內(nèi)。（2）測(cè)量試樣尺寸，用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣直徑（同一截面相互垂直的兩個(gè)方向各量一次，至少測(cè)量3個(gè)截面），計(jì)算平均直徑并以最小平均直徑計(jì)算橫截面積，填入附表實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)5．?dāng)嗝媸湛s率Z10實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

（3）在試樣標(biāo)距上打沖眼，并用劃針或劃線機(jī)畫(huà)線，將標(biāo)距范圍內(nèi)的試樣分成10等分，輕輕打上標(biāo)點(diǎn)。測(cè)量標(biāo)距距離，記入附表內(nèi)。

2．試驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)備（1）了解所用設(shè)備的基本原理，認(rèn)識(shí)所用設(shè)備的性能、用途特點(diǎn)。（2）學(xué)習(xí)設(shè)備操作規(guī)程、安全事項(xiàng)和操作方法、熟悉CMT5205電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件界面。（3）調(diào)整好所用設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)（3）在試樣標(biāo)距上打11實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

3．進(jìn)行試驗(yàn)安裝45鋼調(diào)質(zhì)試樣，力值調(diào)零，安裝電子引伸計(jì)，設(shè)置拉伸速度（屈服前應(yīng)力增加速度應(yīng)控制在每秒10N/mm2,屈服后，試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)夾頭在載荷作用下的移動(dòng)速度不大于0.5Lc/min）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。在拉伸過(guò)程注意觀察F-ΔL、R-ε、F-t曲線，分析其形狀及形成機(jī)理。當(dāng)Rp0.2或Fp0.2測(cè)出后，卸下位移傳感器，再將試樣拉斷。4．處理數(shù)據(jù)測(cè)量拉斷試樣的Lu及Su，打印、處理拉伸曲線，分別求出Fp0.2、Fm值，填入附表中5．計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)3．進(jìn)行試驗(yàn)12實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

四、實(shí)驗(yàn)條件（1）CMT5205電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。（2）畫(huà)線機(jī)、游標(biāo)卡尺、手錘、沖頭等。

CMT5205電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)條件CMT5205電13實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

畫(huà)線機(jī)實(shí)物圖實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)畫(huà)線機(jī)實(shí)物圖14實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

五、注意事項(xiàng)學(xué)生應(yīng)嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室管理的相關(guān)規(guī)定及安全事項(xiàng)等內(nèi)容。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前應(yīng)對(duì)相關(guān)的條款進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)于動(dòng)用的設(shè)備和儀器應(yīng)在使用前對(duì)設(shè)備和儀器的操作程序和安全須知進(jìn)行全面的了解，并且在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行大型儀器和設(shè)備的操作。六、思考題1．對(duì)于同一試樣，在規(guī)定伸長(zhǎng)率相同的條件下，為何規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr常常不一致？2．為什么要采用規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力指標(biāo)？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好(校園內(nèi)有售)，要求思考題也在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)五、注意事項(xiàng)15實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解擺錘式?jīng)_擊試給機(jī)的構(gòu)造原理，操作方法及沖擊試樣的形狀和尺寸；2.掌握金屬材料的沖擊試驗(yàn)方法，以及在不同溫度下進(jìn)行系列沖擊試驗(yàn)以確定金屬材料冷脆轉(zhuǎn)化溫度的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理沖擊試驗(yàn)是一種動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，它是將一定形狀及尺寸的試樣放置在沖擊試驗(yàn)機(jī)固定支座上，然后將具有一定位能的擺錘釋放，使試樣在沖擊彎曲負(fù)荷作用下斷裂。把沖斷試樣所消耗的功Aku（或Akv）除以缺口底部處橫截面面積FN所得的商為沖擊韌性（或沖擊值），以aku(或akv)表示。aku=Aku/FN(J/cm2)akv=Akv/FN(J/cm2)金屬在常溫下的試驗(yàn)較為簡(jiǎn)單易行，其沖擊韌性對(duì)材料的冶金質(zhì)量、宏觀缺陷，顯微組織等十分敏感，因此生產(chǎn)上廣泛采用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?6實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

方法檢驗(yàn)材料的質(zhì)量、如晶粒粗細(xì)，回火脆性，過(guò)熱、過(guò)燒內(nèi)部裂紋、白點(diǎn)、夾雜、纖維組織的各項(xiàng)導(dǎo)性等并常用這種方法確定低碳鋼材的應(yīng)變時(shí)效敏感性。

具有體心立方式密排六方的金屬及其含金，特別是工業(yè)上常用的結(jié)構(gòu)鋼，均會(huì)產(chǎn)生冷脆斷裂現(xiàn)象，即當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度下時(shí)，材料將轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，其沖擊值明顯降低，這種現(xiàn)象稱為冷脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，TK稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度，這是衡量材料冷脆傾向的性能指標(biāo)。系列沖擊試驗(yàn)就是將所需試驗(yàn)的材料，加工成一批形狀和尺寸相同的沖擊試樣。分別在一系列不同溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，以確定材料冷脆轉(zhuǎn)化溫度的方法。常用的冷脆轉(zhuǎn)變溫度表示方法有兩種：一種是用U形缺口的梅氏沖擊試樣在規(guī)定的擺錘刀口尺寸及支座尺寸的沖擊試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行不同溫度下的沖擊試驗(yàn)測(cè)出沖擊韌性aKu隨試驗(yàn)溫度變實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)方法檢驗(yàn)材料的質(zhì)量、如晶粒粗細(xì)，回火脆17實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

在曲線上與0.4akmax相應(yīng)的溫度，定為冷脆轉(zhuǎn)變溫度TK℃，另一種方法是用V形缺口的夏氏沖擊試樣，在另一種規(guī)定的刀口尺寸及支座尺寸的沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行不同溫度下的沖擊試驗(yàn)，然后測(cè)量試樣斷口上纖維狀韌性斷口面積的比例，通常取這種斷口面積比為50%時(shí)的相應(yīng)溫度定為冷脆轉(zhuǎn)變溫度，用符號(hào)50%FATT表示。我國(guó)和蘇聯(lián)以前多用前一種表示方法，英、美等西方國(guó)家多用后一種表示方法，兩種表示方法都是在規(guī)定試驗(yàn)條件下得到的結(jié)果，相互沒(méi)有換算關(guān)系。本次實(shí)驗(yàn)用后一種方法，即用V形缺口的夏氏沖擊試樣。

梅氏及夏氏試樣形狀尺寸圖（圖2-2）。實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)在曲線上與0.4akmax相應(yīng)的溫度18實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)19實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

三、實(shí)驗(yàn)條件JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)常用的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造如圖2-1所示。用梅氏試樣做冷脆轉(zhuǎn)變溫度和用夏氏試樣做FATT實(shí)驗(yàn)所用的沖擊試驗(yàn)機(jī)，其刀口和支座的形狀及尺寸如圖2-2所示。如果用梅氏沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊夏氏試樣，以測(cè)定FATT值，其結(jié)果與嚴(yán)格按照規(guī)范做出來(lái)的值往往是不一致的。實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)條件20實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)21實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)實(shí)物圖實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)實(shí)物圖22實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)的使用方法如下：

實(shí)驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢查并進(jìn)行空擊試驗(yàn)，較正指針零點(diǎn)。

安放試樣時(shí)采用專用樣規(guī)，以保證試樣缺口與支座跨距中心相重合。試驗(yàn)時(shí)，首先將擺錘用支撐鐵支托，使其偏離中心位置，在支座上放好試樣。然后按取擺按鈕將擺錘舉起。然后，按沖擊按鈕，使擺錘落下沖斷試樣。當(dāng)擺錘沖斷試樣后運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)并向回?cái)[動(dòng)時(shí)，按剎車按鈕，使擺錘停止擺動(dòng)。記錄試驗(yàn)機(jī)指針在表盤(pán)上所指的數(shù)值，即為沖斷試樣所消耗的沖擊功Aku（或Akv）以此計(jì)計(jì)算試樣的沖擊韌性aku(或akv)。整個(gè)操作過(guò)程都應(yīng)特別注意安全，防止擺錘和擊斷的試樣飛出傷人。加熱及冷卻介質(zhì)與裝置（1）介質(zhì)：室溫～90℃用水浴。80℃～200℃可用油浴，室溫以下用干冰或液氮和低凝固點(diǎn)液體的混合物作為冷卻劑。本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)的使用方法如23實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

采用酒精加液態(tài)氮調(diào)和，最低溫度可達(dá)-100℃。若用純液態(tài)氮?jiǎng)t為-196℃使用注意：①嚴(yán)禁使用液態(tài)氧含氧量大于10%的液態(tài)氮或液態(tài)空氣作冷卻介質(zhì)②防止人體局部?jī)鰝?。?）冷卻裝置：干冰和液氮在用量不多的情況下，可裝于廣口保溫瓶中，但保存時(shí)間較短。試樣的冷卻裝置應(yīng)具有隔熱層，其容量應(yīng)有足夠的大小，當(dāng)同時(shí)冷卻的試樣不多于10個(gè)時(shí)，可用廣口保溫瓶或?qū)Ｓ玫娜莘e不小于1立升的恒溫箱。測(cè)量高于-80℃的低溫時(shí)，采用低溫酒精溫度計(jì)；測(cè)量低于-80℃低溫時(shí)可用鎳鉻康銅熱電偶配以事用內(nèi)插法改換刻度的XCZ-11型毫伏計(jì)。3.試樣制備

實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)采用酒精加液態(tài)氮調(diào)和，最低溫度可達(dá)-124實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用試樣材料15#、20#或16Mn。

制樣過(guò)程：加工缺口：對(duì)于硬度較低的材料可用洗拉鉆等方法加工；對(duì)于硬度較高的材料，則需用砂輪磨削或用電火加工缺口加工后最后在其根部加少許金剛沙，用一根直徑適當(dāng)?shù)募?xì)鐵絲進(jìn)行研磨，以除去刀痕，缺口的幾何形狀及尺寸的偏差，會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，甚至無(wú)效。對(duì)缺口檢查要嚴(yán)格細(xì)致，用工具顯微鏡100%檢查。

四、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)測(cè)定20號(hào)鋼或16Mn的冷脆轉(zhuǎn)化溫度，試驗(yàn)溫度為室溫、0℃、-20℃、-40℃、-60℃、-75℃每一種溫度下的沖擊試驗(yàn)不少于三個(gè)試樣。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的步驟：1．檢查試驗(yàn)機(jī)，校正指針的零點(diǎn)位置；實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)采用試樣材料15#、20#或1625實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

2．制備低溫介質(zhì)，其溫度要比規(guī)定溫度低3～5℃以試樣從取出到?jīng)_斷時(shí)溫度回升；3.將試樣編號(hào)（鉛印或電刻），測(cè)量試樣尺寸（精確0.01mm）記錄在附表中。4.在低溫沖擊的試樣，經(jīng)酒精清洗后用兩三層脫脂棉包好后，再用特制的ф2不銹鋼絲夾子從缺口一側(cè)夾持住，一起放入冷卻裝置中冷卻，保溫時(shí)間不應(yīng)少于15分鐘。5.沖擊試驗(yàn)。低溫沖擊試樣從冷卻裝置中取出后應(yīng)迅速放在試驗(yàn)機(jī)支座上進(jìn)行試驗(yàn)。為保證操作迅速，可在支座上安裝簡(jiǎn)易的試樣定位裝置，以減少使用樣規(guī)定位的時(shí)間。這項(xiàng)操作既要迅速又要沉著，切實(shí)防止忙亂中造成事故。6.記錄沖擊功，觀察斷口，測(cè)量斷口纖維區(qū)比例。實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)2．制備低溫介質(zhì)，其溫度要比規(guī)定溫度低26實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

五、注意事項(xiàng)學(xué)生應(yīng)嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室管理的相關(guān)規(guī)定及安全事項(xiàng)等內(nèi)容。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前應(yīng)對(duì)相關(guān)的條款進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)于動(dòng)用的設(shè)備和儀器應(yīng)在使用前對(duì)設(shè)備和儀器的操作程序和安全須知進(jìn)行全面的了解，并且在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行大型儀器和設(shè)備的操作。六、思考題1．為什么沖擊吸收功AK的大小并不能真正反映材料的韌脆程度？2．沖擊試驗(yàn)有哪些應(yīng)用應(yīng)用？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好(校園內(nèi)有售)，要求思考題也在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)五、注意事項(xiàng)27實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

28材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)材料學(xué)院趙其章材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)材料學(xué)院29實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战饘倮煨阅苤笜?biāo)（特別是Rp0.2）的測(cè)定方法，加深對(duì)拉伸性能指標(biāo)物理意義的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理本試驗(yàn)主要測(cè)定金屬材料的ReH或ReL、Rp0.2、Rm、A和Z等性能指標(biāo)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》，上述性能指標(biāo)的測(cè)定方法如下：

1．上屈服點(diǎn)ReH、下屈服點(diǎn)ReL

具有物理屈服現(xiàn)象的金屬材料，其拉伸曲線的類型如圖1-1所示。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)圖1-1具有物理屈服現(xiàn)象金屬材料的拉伸曲線a)具有屈服平臺(tái)的曲線b)、c)、d)具有上下屈服點(diǎn)的曲線

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)圖1-1具有物理屈服現(xiàn)象金32實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)上屈服點(diǎn)ReH是試樣發(fā)生屈服而試驗(yàn)力首次下降前的最大應(yīng)力。ReH=FeH/S0(N/mm2)下屈服點(diǎn)ReL是當(dāng)不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)（指在屈服過(guò)程中試驗(yàn)力第一次發(fā)生下降）時(shí)屈服階段中的最小應(yīng)力。ReL=FeL/S0(N/mm2)FeH和FeL等試驗(yàn)力值可用兩種方法來(lái)測(cè)定。（1）圖解法試驗(yàn)時(shí)用自動(dòng)記錄裝置繪制力-伸長(zhǎng)曲線圖（見(jiàn)圖1-1）或力-夾頭位移曲線圖。然后從曲線上確定相應(yīng)的試驗(yàn)力值。（2）指針?lè)?液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī))試驗(yàn)時(shí)觀察拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)力度盤(pán)的指針，當(dāng)指針停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的恒力或指針首次回轉(zhuǎn)前的最大試驗(yàn)力，或不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)的最小試驗(yàn)力，即分別為Fsu和FsL。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)上屈服點(diǎn)ReH33實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)2．規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的強(qiáng)度Rp0.2

對(duì)于無(wú)明顯屈服現(xiàn)象的材料，則應(yīng)測(cè)定其規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度，用以表征材料在試驗(yàn)力作用下抵抗微量塑性變形的抗力。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定Rp0.2。Rp0.2=Fp0.2/S0(N/mm2)式中，F(xiàn)p0.2為規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)規(guī)定非比例伸長(zhǎng)力。Fp0.2可用圖解法、卸力法和電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)測(cè)定。圖解法：在拉伸過(guò)程中繪制具有足夠大倍數(shù)的力-伸長(zhǎng)曲線（見(jiàn)圖1-2）。曲線高度應(yīng)使規(guī)定非比例伸長(zhǎng)的力值Fp0.2處于力軸的1/2以上。伸長(zhǎng)放大倍數(shù)n的選擇應(yīng)使圖中OD段長(zhǎng)度不小于5mm。自彈性直線段與橫座標(biāo)軸的交點(diǎn)O起，截取一段相應(yīng)于規(guī)定非比例伸長(zhǎng)的OD（OD=0.2%Len,Le為引伸計(jì)計(jì)算距）。實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)2．規(guī)定非比例伸長(zhǎng)率為0.2%34實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)過(guò)D作彈性直線段的平行線DB,交曲線于B點(diǎn)，B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的力值即Fp0.2。圖1-2Fp0.2的確定

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)過(guò)D作彈性直線段的平行線DB,35實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)3．抗拉強(qiáng)度Rm將試樣加載至斷裂，由測(cè)力度盤(pán)或拉伸曲線上讀出試樣拉斷前的最大載荷Fm，F(xiàn)m所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為抗拉強(qiáng)度Rm。Rm=Fm/S0(N/mm2)4．?dāng)嗪笊扉L(zhǎng)率A試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比，即A=(Lu-L0)/L0*100%式中，L0為試樣原始標(biāo)距，Lu為試樣拉斷后的標(biāo)距。由于試樣斷裂位置對(duì)A有影響，其中以斷在正中的試樣伸長(zhǎng)率最大。因此，測(cè)量斷后標(biāo)距部分長(zhǎng)度Lu時(shí)，規(guī)定以斷在正中試樣的L1為標(biāo)準(zhǔn)，若不是斷在正中者，則應(yīng)換算到相當(dāng)于在正中的Lu。為此，試樣在拉伸前應(yīng)將標(biāo)距部分劃為10等分，劃上標(biāo)記。測(cè)量Lu時(shí)分為兩種情況：實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)3．抗拉強(qiáng)度Rm36實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)（1）如果拉斷處到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離大于1/3L0，可直接測(cè)量斷后兩端點(diǎn)的距離Lu；（2）如果拉斷處到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于1/3L0，要用移位法換算Lu。如圖1-3所示。①如N-n為奇數(shù)(圖1-3-a),Lu=XY+YZ’+YZ”②如N-n為偶數(shù)(圖1-3-b),Lu=XY+2YZ實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)（1）如果拉斷處到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)37實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

5．?dāng)嗝媸湛s率Z斷面收縮率Z為試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原橫截面積的百分比，即Z=(S0-Su)/S0*100%式中，S0和Su分別為試樣原始橫截面積和拉斷后縮頸處的最小橫截面積（mm2）。測(cè)定Su的方法對(duì)于圓柱試樣在縮頸最小處兩個(gè)互相垂直方向上測(cè)其直徑，然后取其算術(shù)平均值。三、實(shí)驗(yàn)步驟1．試樣的準(zhǔn)備（1）將領(lǐng)取的試樣打上印記，并將材料，熱處理狀態(tài)填入附表內(nèi)。（2）測(cè)量試樣尺寸，用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣直徑（同一截面相互垂直的兩個(gè)方向各量一次，至少測(cè)量3個(gè)截面），計(jì)算平均直徑并以最小平均直徑計(jì)算橫截面積，填入附表實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)5．?dāng)嗝媸湛s率Z38實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

（3）在試樣標(biāo)距上打沖眼，并用劃針或劃線機(jī)畫(huà)線，將標(biāo)距范圍內(nèi)的試樣分成10等分，輕輕打上標(biāo)點(diǎn)。測(cè)量標(biāo)距距離，記入附表內(nèi)。

2．試驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)備（1）了解所用設(shè)備的基本原理，認(rèn)識(shí)所用設(shè)備的性能、用途特點(diǎn)。（2）學(xué)習(xí)設(shè)備操作規(guī)程、安全事項(xiàng)和操作方法、熟悉CMT5205電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)軟件界面。（3）調(diào)整好所用設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)（3）在試樣標(biāo)距上打39實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

3．進(jìn)行試驗(yàn)安裝45鋼調(diào)質(zhì)試樣，力值調(diào)零，安裝電子引伸計(jì)，設(shè)置拉伸速度（屈服前應(yīng)力增加速度應(yīng)控制在每秒10N/mm2,屈服后，試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)夾頭在載荷作用下的移動(dòng)速度不大于0.5Lc/min）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。在拉伸過(guò)程注意觀察F-ΔL、R-ε、F-t曲線，分析其形狀及形成機(jī)理。當(dāng)Rp0.2或Fp0.2測(cè)出后，卸下位移傳感器，再將試樣拉斷。4．處理數(shù)據(jù)測(cè)量拉斷試樣的Lu及Su，打印、處理拉伸曲線，分別求出Fp0.2、Fm值，填入附表中5．計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)3．進(jìn)行試驗(yàn)40實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

四、實(shí)驗(yàn)條件（1）CMT5205電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。（2）畫(huà)線機(jī)、游標(biāo)卡尺、手錘、沖頭等。

CMT5205電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)條件CMT5205電41實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

畫(huà)線機(jī)實(shí)物圖實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)畫(huà)線機(jī)實(shí)物圖42實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)

五、注意事項(xiàng)學(xué)生應(yīng)嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室管理的相關(guān)規(guī)定及安全事項(xiàng)等內(nèi)容。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前應(yīng)對(duì)相關(guān)的條款進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)于動(dòng)用的設(shè)備和儀器應(yīng)在使用前對(duì)設(shè)備和儀器的操作程序和安全須知進(jìn)行全面的了解，并且在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行大型儀器和設(shè)備的操作。六、思考題1．對(duì)于同一試樣，在規(guī)定伸長(zhǎng)率相同的條件下，為何規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp和規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr常常不一致？2．為什么要采用規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力指標(biāo)？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好(校園內(nèi)有售)，要求思考題也在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。

實(shí)驗(yàn)一、金屬光滑試樣靜拉伸試驗(yàn)五、注意事項(xiàng)43實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解擺錘式?jīng)_擊試給機(jī)的構(gòu)造原理，操作方法及沖擊試樣的形狀和尺寸；2.掌握金屬材料的沖擊試驗(yàn)方法，以及在不同溫度下進(jìn)行系列沖擊試驗(yàn)以確定金屬材料冷脆轉(zhuǎn)化溫度的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理沖擊試驗(yàn)是一種動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，它是將一定形狀及尺寸的試樣放置在沖擊試驗(yàn)機(jī)固定支座上，然后將具有一定位能的擺錘釋放，使試樣在沖擊彎曲負(fù)荷作用下斷裂。把沖斷試樣所消耗的功Aku（或Akv）除以缺口底部處橫截面面積FN所得的商為沖擊韌性（或沖擊值），以aku(或akv)表示。aku=Aku/FN(J/cm2)akv=Akv/FN(J/cm2)金屬在常溫下的試驗(yàn)較為簡(jiǎn)單易行，其沖擊韌性對(duì)材料的冶金質(zhì)量、宏觀缺陷，顯微組織等十分敏感，因此生產(chǎn)上廣泛采用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

方法檢驗(yàn)材料的質(zhì)量、如晶粒粗細(xì)，回火脆性，過(guò)熱、過(guò)燒內(nèi)部裂紋、白點(diǎn)、夾雜、纖維組織的各項(xiàng)導(dǎo)性等并常用這種方法確定低碳鋼材的應(yīng)變時(shí)效敏感性。

具有體心立方式密排六方的金屬及其含金，特別是工業(yè)上常用的結(jié)構(gòu)鋼，均會(huì)產(chǎn)生冷脆斷裂現(xiàn)象，即當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度下時(shí)，材料將轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，其沖擊值明顯降低，這種現(xiàn)象稱為冷脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，TK稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度，這是衡量材料冷脆傾向的性能指標(biāo)。系列沖擊試驗(yàn)就是將所需試驗(yàn)的材料，加工成一批形狀和尺寸相同的沖擊試樣。分別在一系列不同溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，以確定材料冷脆轉(zhuǎn)化溫度的方法。常用的冷脆轉(zhuǎn)變溫度表示方法有兩種：一種是用U形缺口的梅氏沖擊試樣在規(guī)定的擺錘刀口尺寸及支座尺寸的沖擊試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行不同溫度下的沖擊試驗(yàn)測(cè)出沖擊韌性aKu隨試驗(yàn)溫度變實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)方法檢驗(yàn)材料的質(zhì)量、如晶粒粗細(xì)，回火脆45實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

在曲線上與0.4akmax相應(yīng)的溫度，定為冷脆轉(zhuǎn)變溫度TK℃，另一種方法是用V形缺口的夏氏沖擊試樣，在另一種規(guī)定的刀口尺寸及支座尺寸的沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行不同溫度下的沖擊試驗(yàn)，然后測(cè)量試樣斷口上纖維狀韌性斷口面積的比例，通常取這種斷口面積比為50%時(shí)的相應(yīng)溫度定為冷脆轉(zhuǎn)變溫度，用符號(hào)50%FATT表示。我國(guó)和蘇聯(lián)以前多用前一種表示方法，英、美等西方國(guó)家多用后一種表示方法，兩種表示方法都是在規(guī)定試驗(yàn)條件下得到的結(jié)果，相互沒(méi)有換算關(guān)系。本次實(shí)驗(yàn)用后一種方法，即用V形缺口的夏氏沖擊試樣。

梅氏及夏氏試樣形狀尺寸圖（圖2-2）。實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)在曲線上與0.4akmax相應(yīng)的溫度46實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)47實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

三、實(shí)驗(yàn)條件JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)常用的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造如圖2-1所示。用梅氏試樣做冷脆轉(zhuǎn)變溫度和用夏氏試樣做FATT實(shí)驗(yàn)所用的沖擊試驗(yàn)機(jī)，其刀口和支座的形狀及尺寸如圖2-2所示。如果用梅氏沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊夏氏試樣，以測(cè)定FATT值，其結(jié)果與嚴(yán)格按照規(guī)范做出來(lái)的值往往是不一致的。實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)條件48實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)49實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)實(shí)物圖實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)實(shí)物圖50實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)

JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)的使用方法如下：

實(shí)驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢查并進(jìn)行空擊試驗(yàn)，較正指針零點(diǎn)。

安放試樣時(shí)采用專用樣規(guī)，以保證試樣缺口與支座跨距中心相重合。試驗(yàn)時(shí)，首先將擺錘用支撐鐵支托，使其偏離中心位置，在支座上放好試樣。然后按取擺按鈕將擺錘舉起。然后，按沖擊按鈕，使擺錘落下沖斷試樣。當(dāng)擺錘沖斷試樣后運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)并向回?cái)[動(dòng)時(shí)，按剎車按鈕，使擺錘停止擺動(dòng)。記錄試驗(yàn)機(jī)指針在表盤(pán)上所指的數(shù)值，即為沖斷試樣所消耗的沖擊功Aku（或Akv）以此計(jì)計(jì)算試樣的沖擊韌性aku(或akv)。整個(gè)操作過(guò)程都應(yīng)特別注意安全，防止擺錘和擊斷的試樣飛出傷人。加熱及冷卻介質(zhì)與裝置（1）介質(zhì)：室溫～90℃用水浴。80℃～200℃可用油浴，室溫以下用干冰或液氮和低凝固點(diǎn)液體的混合物作為冷卻劑。本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二、系列沖擊試驗(yàn)JBD-30夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)的