高分子材料性能學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn) 金屬及高分子材料的拉伸力學(xué)實(shí) 實(shí)驗(yàn) 金屬材料的扭轉(zhuǎn)力學(xué)實(shí) 實(shí)驗(yàn) 金屬材料的壓縮力學(xué)實(shí) 實(shí)驗(yàn) 金屬及高分子材料的沖擊測(cè)定實(shí) 實(shí)驗(yàn) 金屬軸件的疲勞演示實(shí) 實(shí)驗(yàn) 材料的硬度測(cè)定實(shí) 實(shí)驗(yàn) 金屬材料的斷口形貌觀察實(shí) 實(shí)驗(yàn) 電導(dǎo)率及介電常數(shù)的測(cè)定實(shí) 實(shí)驗(yàn) 透明塑料制品的透光率及霧度測(cè)定實(shí) 實(shí)驗(yàn)一金屬及高分子材料的拉伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)繪低碳鋼、鑄鐵和工程塑料試件的載荷-變形曲線（F-ΔL曲線和斷面收縮率鑄鐵的抗拉強(qiáng)度測(cè)定低碳鋼、鑄鐵和工程塑料試件的彈性模量E二、三、材料的彈性模量E，屈服點(diǎn)σs，抗拉強(qiáng)度σb，延伸率δ、斷面收縮率ψ是由拉伸試驗(yàn)測(cè)定的。試驗(yàn)采用的圓截面試樣按（/T2282002）制成，1-1d0l0試樣要求010d0。中還規(guī)定了其他形狀截面的試樣，可適用于從不同的型材和構(gòu)件上試樣。1-1金屬拉伸試驗(yàn)應(yīng)遵照（GB/T228-2002）在微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)顯示屏上實(shí)時(shí)繪出試樣的拉伸曲線（也稱為F-ΔL曲線1-2所示。1-2低碳鋼試樣的拉伸曲線（圖1-2a）分為四個(gè)階段―彈性、屈服、強(qiáng)化、局部變形階段。如果在強(qiáng)化階段卸載，F(xiàn)-ΔL曲線會(huì)從卸載點(diǎn)開始向下繪出平行于初碳鋼的彈性模量EE

A0(LL0ΔF為相等的加載等級(jí)，ΔLΔF鑄鐵試樣的拉伸曲線（圖1-2b）比較簡(jiǎn)單，既沒有明顯的直線段，也沒有屈σb較低，無明顯塑性變形。與電子萬能試驗(yàn)機(jī)聯(lián)機(jī)的微型電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)給出低碳鋼試樣的屈服載荷FsFb和鑄鐵試樣的最大載荷Fb。聚合物拉伸試驗(yàn)遵照（GB/T1040.5-2008）在微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)采用的雙產(chǎn)型試樣按（GB/T1040.5-2008）制成，如圖1-3所示。其標(biāo)準(zhǔn)試件聚合物的拉伸性能可通過其應(yīng)力-應(yīng)變曲線來分析，典型的聚合物拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1-4（左）所示。在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，以屈并在大部分該區(qū)域內(nèi)符合虎克定律。屈服點(diǎn)之后是塑性區(qū)，即材料產(chǎn)生性變1-4（右）所示的五種類型：①軟而弱；②雙鏟 啞鈴8字 長(zhǎng)條 塑料拉伸試件標(biāo)準(zhǔn)試樣結(jié)構(gòu)示意 sFss

Fb bb

A0A1σsσbδ，和斷面收縮率ψ；鑄鐵的抗拉強(qiáng)度σb。如若實(shí)驗(yàn)前將試樣的初始直徑d0，初始標(biāo)距長(zhǎng)度結(jié)束后給出該材料的屈服點(diǎn)σs和抗拉強(qiáng)度σb。應(yīng)當(dāng)，上述所測(cè)定的力學(xué)性能均為名義值，工程應(yīng)用較為方便，稱為四、實(shí)驗(yàn)步d0（ab）距長(zhǎng)度0：在試樣標(biāo)距段的兩端和中間三處測(cè)量試樣直徑（工程塑料為寬度和高度，每處直徑取兩個(gè)相互垂直方向的平均值，做好記錄。三處直徑（工程塑料為寬度和高度d0初始標(biāo)距長(zhǎng)度0。2．熟悉微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)的操作方法，運(yùn)試應(yīng)用程活動(dòng)橫梁，使試樣上端緩慢上夾頭的V形卡板中，鎖緊上夾頭（注：工程（鑄鐵無需安裝試樣、尺寸、材料等。設(shè)置完畢，可自定義文件名并確定工作 為保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)要正確的試驗(yàn)條件，嚴(yán)禁隨意改動(dòng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)二金屬材料的扭轉(zhuǎn)力學(xué)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)坑^察扭矩-扭轉(zhuǎn)角曲線（T-φ曲線測(cè)定低碳鋼的剪切屈服強(qiáng)度τs、剪切強(qiáng)度τb和鑄鐵的剪切強(qiáng)度二、三、軸旋轉(zhuǎn)。以實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣施加扭荷。這時(shí)，從試驗(yàn)機(jī)上可讀出扭矩T和對(duì)應(yīng)ΦTΦ遵照（GB/T10128-1988）采用圓截面試樣的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，可以測(cè)定τs和抗剪強(qiáng)度τb等。圓截面試樣須按上述制成（如圖2-1所示推薦采用直徑為10mm，標(biāo)距L0分別為50mm100mm，平行長(zhǎng)度Le70mm120mm 金屬扭轉(zhuǎn)試件標(biāo)準(zhǔn)試樣結(jié)構(gòu)示意b中的T-φ曲線。2-2a可以看到，低碳鋼試樣的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)曲線由彈性階段（oa段、屈服階段（ab段）和強(qiáng)化階段（cd段）構(gòu)成，但屈服階段和強(qiáng)化階段均不像拉伸10π以上。 b)鑄 2-2b所示的鑄鐵試樣扭轉(zhuǎn)曲線可近似地視為直線（與拉伸曲線相似，沒從扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上可以試樣的屈服扭矩Ts和破壞扭矩Tb

sTs/WTT/W計(jì)算材料的剪切屈服強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，式中：Wd3/16 當(dāng)圓截面低碳鋼試樣橫截面的最外層切應(yīng)力達(dá)到剪切屈服強(qiáng)度s占橫服強(qiáng)度s時(shí)，試樣會(huì)表現(xiàn)出明顯的屈服現(xiàn)象，此時(shí)的扭矩比真實(shí)的屈服扭矩要大一些，對(duì)于破壞扭矩Tb2-3a所示低4-3b45o角的螺旋面，斷2-3材料的剪切彈性模量G遵照（GB/T10128-1988）可由圓截面試樣（截面二次極矩L和極慣性矩IpΔT和相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角增量ΔΦ實(shí)驗(yàn)通常采用多級(jí)等增量加載法這樣不僅可以避免人為數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤差，而且可以通過每次載荷增量和扭轉(zhuǎn)角增量驗(yàn)證扭轉(zhuǎn)變形的定律。注意到三個(gè)彈性常數(shù)E，μ，G之間的關(guān)系

料的彈性模量E和泊松比μ，計(jì)算得到材料的剪切彈性模量Gtr，如將計(jì)算值取作真值，可將測(cè)試得到的G值與Gtr四、實(shí)驗(yàn)步測(cè)量試樣直徑d0，長(zhǎng)度運(yùn)行PowerTest五、實(shí)驗(yàn)結(jié)L0，實(shí)驗(yàn)報(bào)六、實(shí)驗(yàn)注意事145o螺旋斷裂面23、剪切彈性模量G4、用拉伸試驗(yàn)?zāi)芊耖g接測(cè)量材料的剪切彈性模量實(shí)驗(yàn)三金屬及高分子材料的壓縮試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)定低碳鋼的壓縮屈服強(qiáng)度σsE和鑄鐵的抗壓強(qiáng)度測(cè)定工程塑料的抗壓強(qiáng)度σc和壓縮模量2二、三、縮變形，直到試樣破裂或變形達(dá)到預(yù)先規(guī)定的數(shù)值（例如25%）為止。施加的負(fù)式中σ——壓縮應(yīng)力，MPa；A——試樣原始橫截面積，mm2折點(diǎn)（屈服點(diǎn)）MPa表示。MPa表示，它不MPaH0——試樣原始高度H——壓縮過程中任何時(shí)刻試樣的高度，mm試樣的壓縮變形除以試樣原始高度為壓縮應(yīng)變?chǔ)?，H0——試樣原始高度H——壓縮過程中任何時(shí)刻試樣的高度，mmMPa-式中——試樣的壓縮模量，MPaσsσb（GB7314-87）3-13-2（磨光或加潤(rùn)滑劑減少h0擦力對(duì)試樣中段的影響減少對(duì)影響較小此外如若試樣高度直徑比(h0/d0(h0/d)1h0/d03 金屬材料壓縮試件示意 圖3- 試樣與試驗(yàn)機(jī)支承墊的摩擦示意進(jìn)行低碳鋼壓縮試驗(yàn)時(shí)，為測(cè)取材料的壓縮屈服強(qiáng)度σs時(shí)仔細(xì)觀察F-Δl曲線的發(fā)展情況，曲線由直線變?yōu)榍€的拐點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的載荷即為屈服載荷Fs。材料屈服之后開始強(qiáng)化，由于壓縮變形使試樣的橫截面積不3-3a所示。因此無法測(cè)量低碳鋼的抗壓強(qiáng)度Fc，壓縮試驗(yàn)載荷-變形曲線如3-3a所示。F-Δl曲線（3-3b）可看出，隨著載荷的增3-3b。由于單向拉伸、壓縮時(shí)的最大切應(yīng)力作用面與最大正應(yīng)力作用面約成45o 金屬材料的壓縮曲（PS3-1所示。3-1HaHabHdH避免試樣在受壓過程中，出現(xiàn)。規(guī)定一般細(xì)長(zhǎng)比為10，對(duì)易于出現(xiàn)的6。端面各點(diǎn)的高度差不大于0.1mm，否則將影響。3-4可發(fā)性聚苯乙烯壓縮應(yīng)力-隨著實(shí)驗(yàn)速度的增加，壓縮強(qiáng)度與壓縮應(yīng)變值均有所增加。實(shí)驗(yàn)速度在驗(yàn)。若沒有規(guī)定，則調(diào)整速度為1mm/min四、實(shí)驗(yàn)步測(cè)量試樣尺寸：用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣高度h0為初始直徑d0，并用其計(jì)算截面初始面積A0；熟悉微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)的操作方法運(yùn)試應(yīng)用軟件試樣、尺寸、材料等。設(shè)置完畢，可自定義文件名并確定工作 根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)，計(jì)算低碳鋼的壓縮屈服點(diǎn)σs，鑄鐵的抗壓強(qiáng)度σc，聚苯乙烯的壓縮屈服點(diǎn)σs、抗壓強(qiáng)度σc和壓縮模量E；五、實(shí)驗(yàn)結(jié)H0，H， 實(shí)驗(yàn)報(bào)六、實(shí)驗(yàn)注意事為保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)要正確的試驗(yàn)條件，嚴(yán)禁隨意改動(dòng)計(jì)算機(jī)為什么無法測(cè)取低碳鋼的抗壓強(qiáng)度45o實(shí)驗(yàn)四金屬及高分子材料的沖擊測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)定低碳鋼、鑄鐵和工程塑料的沖擊韌性αk二、三、實(shí)驗(yàn)原梁沖擊）試驗(yàn)機(jī)的工作原理，如圖4-1所示。1-2-3-4-圖4-1W表示擺錘的重量，lE0為：從讀數(shù)盤直接沖斷試樣時(shí)所消耗功的數(shù)值。，VU形切口試使塑性變形局限在切口附近不大的體積范圍內(nèi)試樣一次就被沖斷，使斷裂就發(fā)生在切口處。αk對(duì)切口的形狀和尺寸十分銘敏感，切口越深、越，αk值越低，材料的脆化傾向越嚴(yán)重。因此，同樣材料用不同切口試樣測(cè)定的αk值VU形缺口的試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，其中工程塑料的尺寸要4-1所示。，表--AB驗(yàn)方定的條件下進(jìn)行沖擊性能的測(cè)定。讀出試樣受沖直到斷裂后的升角β或所吸收的能量Ak。試樣受到?jīng)_擊時(shí)，切口Ak值或通過揚(yáng)角α和升角β計(jì)算吸收能量Ak值。Ak為試樣被沖斷所吸收的功。材料的沖擊韌性為：式中：值為完整材料的沖擊韌性，揚(yáng)角和升角，單位°。h為試樣厚度，b1為完整缺口的寬度，b2為缺口試樣缺口底部剩余寬度，單位m。四、實(shí)驗(yàn)步從控制面板讀數(shù)屏上記下試樣Ak五、實(shí)驗(yàn)結(jié)Ak（或者α、β）、h、b1、實(shí)驗(yàn)報(bào)六、實(shí)驗(yàn)注意事沖擊時(shí)在場(chǎng)須站在擺桿擺動(dòng)平面的兩側(cè)，嚴(yán)防迎著擺錘站立擺桿揚(yáng)起，安放試樣時(shí)，任何人按動(dòng)擺桿下落按鈕，以防擺桿下擺沖擊七、實(shí)驗(yàn)五金屬軸件的疲勞演示實(shí)驗(yàn)一、了解金屬材料S-N二、2三、過程。在工作應(yīng)力超過疲勞極限σr時(shí)，由于循環(huán)應(yīng)力的反復(fù)交變，構(gòu)件上應(yīng)力（裂紋擴(kuò)展區(qū)）和粗糙區(qū)（最后斷裂區(qū)5-1（R=5-1長(zhǎng)。對(duì)于黑色金屬，如碳素鋼，若在某種交變應(yīng)力（1力107o107σmaxσr。但是，對(duì)于有色金屬和某些合金鋼卻不存在這一性質(zhì)降低交變應(yīng)力的應(yīng)力水平疲勞會(huì)增加在經(jīng)107No=107108或108稱為循環(huán)基數(shù)σmaxσr時(shí)，試件會(huì)對(duì)應(yīng)低于循環(huán)基數(shù)的某一N把相同循環(huán)特性及條件下疲勞試驗(yàn)得到的一系列循環(huán)最大應(yīng)力σmax和N以及材料的疲勞極限σr，以σmax為縱坐標(biāo)，N為橫坐標(biāo)，繪制成交變最大應(yīng)力σmax與疲勞N的關(guān)系曲線即σmax-N曲（通常又稱為S-N曲線5-2所示。用S-N曲線可以表征材料的應(yīng)力疲勞性能。要測(cè)繪某種金屬材料的S-N13根以上標(biāo)準(zhǔn)光滑小試樣，設(shè)定五級(jí)應(yīng)力水平，測(cè)出一系列交變最大應(yīng)力σmax和相應(yīng)N的數(shù)據(jù)，用最佳擬合S-N曲線。試驗(yàn)過程中對(duì)各級(jí)應(yīng)力水平要精心選擇，以便用盡量少的試樣獲得較理想的。 疲勞實(shí)驗(yàn)σmax-N曲5-3所示。 四、實(shí)驗(yàn)演示內(nèi)五、六、實(shí)驗(yàn)注意事飛濺物眼睛；二、三、實(shí)驗(yàn)原布氏硬度是在直徑為D（毫米）（kgf），壓入試樣表面（如圖6-1），2積A除所承受的平均壓力P（kgf/mm）之商值來表示布氏硬度值，符號(hào)為試驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)材料的預(yù)期硬度值并考慮試樣的厚度按GB231-63定硬度時(shí)，其布氏硬度值以符號(hào)HBS表示為：400HBS10/3000/30表6-1載荷P與鋼球D的載荷洛氏硬度是在先后兩次施加載荷（初載荷P0及主載荷P1）條件下，將標(biāo)準(zhǔn)壓頭（石圓錐體或小鋼球）壓入試樣表面來進(jìn)行的。圖6-2為測(cè)定洛氏硬度 石壓頭沒有和試樣接觸時(shí)的位置；1-1為加上初載荷P0后壓頭壓置；3-3為卸主載荷P1后（但仍保留初載荷P0） 深度為h3的位置。由圖可見，壓頭受主載荷P作用實(shí)際壓入深度h=h－h(huán), 用石壓頭時(shí)0.2毫米，黑色表盤刻度指示其值用鋼球壓頭時(shí)0.26種不同的洛氏硬度標(biāo)度。其中最常用的是A、B和C三種，其試驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用范圍見表62。表6-2淬具鋼、淺層1/16石維氏硬度試驗(yàn)是用一個(gè)相對(duì)面夾角為136o的石正四棱錐體壓頭，在一定均壓應(yīng)力P/A（kgf/mm2）作為維氏硬度值，以符號(hào)HV表示（一般不注單位）。維氏硬度試驗(yàn)的載荷P可在.5～120kf范圍內(nèi)根據(jù)試樣硬度高低及厚薄進(jìn)行選擇。但常用的載荷為0.5、1、5、10、30kgf屬為1015秒，對(duì)有色金屬為302秒。維氏硬度試驗(yàn)中載荷的選擇表63所示。圖6-1布氏硬度試驗(yàn)原理圖6-2洛氏硬度試驗(yàn)原理圖圖6-3測(cè)定維氏硬度的試樣其表面應(yīng)精心，在過程中應(yīng)防止因過熱或加表6-3

合理的載荷大?。╧gf）（在下列維氏硬度范圍內(nèi)20- 50- 100- 300-0.3- 5-0.5- 5- 10-1- 5- 10- 2- 10- 25- HV值應(yīng)附以相應(yīng)的下標(biāo)，注明試驗(yàn)載荷值，例如375HV/30/20，即表示在度計(jì)不適用于塑料，邵氏硬度計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理如圖6-4所示。硬度值用符號(hào)HA 圖6- 邵氏硬度計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理100分度，每一分度相當(dāng)于一個(gè)邵氏硬度值。當(dāng)壓針或（gf為單位或（gf為單位 重錘，使硬度計(jì)下壓板對(duì)試樣有規(guī)定的壓力。對(duì)于邵氏A為1kg，邵氏D為5kg硬度計(jì)的測(cè)定范圍為2090之間，當(dāng)試樣用型硬度計(jì)測(cè)量硬度值大于90改用邵氏D型硬度計(jì)測(cè)量，用D型硬度計(jì)測(cè)量硬度值低于20時(shí)，改用A型硬度計(jì)測(cè)量。⑤TH200型邵氏A硬度計(jì)的功能設(shè)置變?yōu)椤?0.0”,按MAX鍵清零，然后再次按動(dòng)MAX鍵進(jìn)量。平均值功能及測(cè)量次數(shù)功能設(shè)置：按下E鍵，屏幕上“00.0”同時(shí)屏幕上顯示E符號(hào)屏幕右下角顯示量次數(shù)此時(shí)應(yīng)立即進(jìn)量次數(shù)的設(shè)置。即按下E鍵不動(dòng)，測(cè)量次數(shù)值在09范圍內(nèi)循環(huán)變化，達(dá)到要求設(shè)置的測(cè)量次數(shù)時(shí)立即松開EA鍵或反復(fù)按動(dòng)EA鍵，直至達(dá)到要求設(shè)置的測(cè)量次數(shù)為止。測(cè)量次數(shù)設(shè)置完數(shù)秒后，硬度值顯示區(qū)恢復(fù)“00.0，同時(shí)測(cè)量次數(shù)值也變?yōu)椤?”，表明該功能設(shè)置成功，可以進(jìn)量。四、實(shí)驗(yàn)步在維氏硬度計(jì)上測(cè)定硬質(zhì)合金刀頭及38oAlA氮化鋼的V值所得結(jié)果入表65。實(shí)驗(yàn)結(jié)材料及熱處理狀 實(shí)驗(yàn)報(bào)六、實(shí)驗(yàn)注意事2.5倍；七、驗(yàn)設(shè)備及試同情況下部破斷發(fā)展到臨界裂紋尺寸，剩余截面不能承受外界載荷時(shí)發(fā)生的完般也是材料中性能最弱或零件中應(yīng)力最大的部位。斷口型貌十分記錄了裂紋四、實(shí)驗(yàn)步（一）宏觀斷口力軸交角為45°斷口特征：由于材料中含有過量的氫，沿某些薄弱部位，造成很大壓應(yīng)力從而形成裂紋，斷口往往是灰白色基體上顯現(xiàn)出白色的亮區(qū)，或者呈現(xiàn)以材料缺陷為的銀白色斑點(diǎn)，稱為魚眼型白點(diǎn)。試樣：作系列沖擊試驗(yàn)后的斷口（注意保存于干燥器中（二）微觀斷口在斷口宏觀分析的基礎(chǔ)上，必要時(shí)可選好重點(diǎn)區(qū)域做斷口的微觀分析。微觀斷口分析系指用透射電鏡、掃描電鏡來觀察斷口形貌。透射電鏡研究斷口通常采用二次復(fù)型的方法，它能清楚地觀察斷口細(xì)節(jié)，而又不破壞斷口；掃描電鏡是一種較新的電子光學(xué)儀器成象感強(qiáng)放大倍數(shù)化范圍廣能從低倍到高倍連續(xù)觀察便于分析，而且可直接觀察斷口。它是斷口微觀分析的主要工具。本實(shí)驗(yàn)采用國(guó)產(chǎn)掃描電鏡觀察幾種典型斷品的微觀形貌。合的結(jié)果，河流的流向是裂紋擴(kuò)展的方向，河流上游則是裂紋處。河流不穿過d）驗(yàn)結(jié)果與報(bào)六、注意事實(shí)驗(yàn)八電導(dǎo)率及介電常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)砍醪秸莆諆?yōu)值計(jì)（Q表）的使用。優(yōu)值計(jì)（Q表）介電常數(shù)ε，表征電介質(zhì)電能的能力大小，是介電材料的一個(gè)十分重要tanδ來衡量，它是指每周期內(nèi)介質(zhì)的損耗能量與能量的比值。測(cè)定介電常數(shù)和介電損耗的儀器常用優(yōu)值計(jì)（Q表。優(yōu)值計(jì)由高頻信號(hào)發(fā)射器、LC8-1所示。8-1當(dāng)回路諧振，諧振電壓E0比外電壓EiQ倍。本儀器將Ei調(diào)節(jié)在一定的數(shù)值，因此，可以從測(cè)量E0的電壓表上直接讀出Q值。Q又稱為品質(zhì)因數(shù)。測(cè)定不加與加試樣時(shí)的Q值（以Q1、Q2表示）以及相應(yīng)的諧振電容C1、C2，則式中，h為試樣厚度，cm；D為電極直徑，cm四、實(shí)驗(yàn)步Lx接線柱上（8-2