材料性能综合实践指导书

福建工程学院

材料性能综合实践指导书

（材料科学13级卓越金属无机方向）

姓名：

学号：

班级：

指导教师：

材料科学与工程学院•材料科学教研室

2016年7月

实验方式、要求及考核方法

实验方式

学生分组进行实验操作，测试实验所要求的参数。

实验注意事项

学生必须认真预习，仔细阅读实验指导书和有关书籍，了解实验目的、实验原理、实验方法和实验步骤。

服从实验指导教师安排，了解实验所用设备和仪器操作方法，严格遵守操作规程。

实验过程中要集中精力，认真操作，如实记录各种实验数据，并仔细观察和分析各种实验现象。

实验中如出现异常情况，及时汇报指导教师，实验数据须交指导教师检查、签字。

考核方法

本课程的实验教学结合实际操作和实验报告完成情况，综合评定成绩。

目录

实验一RPY皿型材料热膨胀系数测定3

实验二SX1934型数字式四探针测试仪测量块状电阻……………4

实验三硬度实验………5

实验四冲击韧性实验…………………8

实验五金属材料摩擦磨损性能试验…………………12

实验六拉伸实验………………21

实验七压缩实验………33

实验八弯曲实验………35

实验九材料的非线性光学测试……38

实验一RPYUI型材料热膨胀系数的测定

一、实验目的

1、掌握热膨胀分析的基本原理、仪器结构和使用方法。

2、掌握热膨胀系数的概念及其测定方法。

二、基本原理

物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀，它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。目前，测定材料线膨胀系数的方法有很多，有示差法（或称石英膨胀计法）、双线法、光干涉法、重量温度计法等。示差法具有广泛的实用意义。

三、实验步骤

1、试样及其制备。按标准测定试样尺寸。试样端面应加工，使两端面平行且平整，并保证其端面与试样主轴垂直。

2、将试样放入膨胀试样室内，调整支架将试样放入高温炉中，装好位传感器和感温探头。

3、开启计算机，进入仪器使用界面，选择试验类型，载荷、升温速率、最大变形量，调节试验架螺旋测微仪，使位移传感器在零点附近。

4、点击“开始试验”按钮，仪器自动进行试验，并显示试验曲线。

四、数据处理

1、根据原始数据绘出待测材料的线膨胀曲线。

2、按公式计算被测材料的平均热膨胀系数。

实验二SX1934型数字式四探针测试仪测量块状电阻

一、仪器简介

SX1934型数字式四探针测试仪是运用四探针测量原理的多用途综合测量装置，它可以测量片状，块状半导体材料的径向和轴向电阻率，测量扩散层的薄层电阻（亦称方块电阻）。换上特制的四探针测试夹具，还可以对金属导体的低，中值电阻进行测量。仪器由主机，测试架等部分组成，测试结果由数字表头直接显示。主机主要由高灵敏度直流数字电压表和高稳定度恒流源组成。测试探头采用宝石导向轴套和高耐磨碳化钨探针制成，故定位准确，游移度小，寿命长。仪器主要有测量精度高，灵敏度高，稳定性好，测量范围宽，结构紧凑，使用方便等特点。工作条件为：温度：23°C；相对湿度：60%〜70%。工作室内应无强电磁场干扰，不与高频设备共用电源。SX1934型数字式四探针测试仪能够测量普通电阻器的电阻（V/I之比，不乘系数）、体电阻率、薄片电阻率、扩散层的方块电阻（后三项需乘上不同的系数）。

二、仪器操作方法：

1、测试准备：将220V电源插头插入电源插座，电源开关置于断开位置，工作选择开关置于“短路”位置，电流开关处于弹出切断位置。将测试架的插头与主机的输入插座连接起来，松开测试架立柱处的高度调节手轮，将探头调到适当位置和高度，测试样品应进行喷砂和清洁处理，放在样品架上，使探针能与其表面良好接触，并保持一定压力，调节室内温度使之达到要求的测试条件。

2、测量：将电源开关置于开启位置，数字显示亮，仪器通电预热一小时。极性开关拨至上方，工作状态选择开关置于“测量”，拨动电流量程开关和电压量程开关，置于样品所适合的电流、电压量程范围，电流调节电位器调到适合的电流值，工作选择开关置于调节位置，电流量程开关与电压量程开关必须放在表7-1所列任一组对应的量程上。

表2-1电流调节和自校时必须对应的电流电压量程

电压量稈

2V

200mV

20mV

2mV

0.2mV

电流量程

100mA

10mA

1mA

lOOyA

10pA

按下电流开关，调节电流电位器，可以使电流输出在0〜10.00范围内，调到数字显示出4.53。调节电压表的粗调和细调调零，使数字显示为“0.00”，按下电流开关输出恒定电流，即可由数字显示板和单位显示灯直接读出测量值。方块电阻测量时，从数字表上读出的数值再乘上10即为实际的方块电阻值。

本次试验测试样品有Si和ITO导电玻璃两种。

实验三硬度实验

一、实验目的

1．了解布氏、洛氏、维氏硬度计的构造和使用方法，初步掌握布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测定方法；

选择和测定低碳钢（20号）、碳素钢（Q235）、铸铁、工具钢（W18Cr4V）、模具钢（Cr12）、304不锈钢、铝合金（6063）、铝合金（6061）、黄铜、紫铜、工程塑料等材料的硬度；

通过试验巩固和加深对布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测定原理、测定方法和应用范围的认识。

二、实验设备及材料

布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样（钢、铸铁或有色金属）一组。

三、实验原理及步骤

（一）布氏硬度实验

1、布氏硬度实验原理

在一定直径的淬硬钢球上，加以规定负荷P,压入被测定的金属表面，经规定的保持时间后测定试样表面的凹痕直径d,根据金属表面凹痕的球面表面积F所承受的平均压力衡量布氏硬度HB。

HB=-=竺公斤力/毫米2

F兀D（D-pD2-d2）

2、实验步骤

1）、清理试样表面，光洁度不低于46。

2）、根据给定的试样国标GB231，选择载荷大小与钢球直径及载荷持续时间，并调节硬度试验机。

选择时应注意使试样厚度不小于凹痕深度的10倍，凹痕直径d在0.25D〜0.60P之间，否则应改选相应的钢球和负荷，重新试验。

3）、将试样放在工作台上，转动手轮，使工作台缓慢上升，试样与压头接触，直到手轮与其中的螺母滑动为止。应注意：压头中心到试样边缘距离不小于2.5d，相邻两凹痕中心距离应不小于4d。

试验时，先打开电源开关，接通电源，此时电源指示灯亮，然后启动按钮开关，加上负荷，自动保持预定时间后又自动卸下负荷。

4）、反转手轮，将工作台下降，取下试样。

5）、用读数显微镜测定凹痕直径d（mm）。用d值查对照表或代入公式求得布氏硬度值。

6）、整理试验机及工具、试样，并整理测得数据，填写实验报告。（二）、洛氏硬度实验原理及实验步骤

1、洛氏硬度实验原理

以①1.588mm的钢球或锥顶角为120。的金刚石锥体为压头，在一定载荷（包括预载荷10Kg和一定的主载荷）作用下，垂直压入试样表面，卸去主载荷，在保留预载荷情况下，测量其残余压入深度h毫米，按下式计算其硬度值。实际上,硬度值可从投影屏上（或表上）直接读出。

hh

HRC=-—（总载荷150Kg）HRB=130--（总载荷60Kg）

0.0020.002

2、实验步骤

1）、清理试样表面，根据试样形状选择合适的工作台。

2）、根据材料的大致硬度，按照国标规定选择压头种类和负荷大小，并调节试验机。

3）、转动升降手轮，使试样的被测表面与压头接触，继续缓慢转动手轮使投影屏上的基线与一定标准线重合（或指针指向一定数字）。此时即已加上10Kg预载荷。

4）、扳动操作手柄，加上主载荷。

5）、将操作手柄反向扳动，卸除主载荷。此时投影屏上横线对准标准尺的数字（或指针所指的刻度值）即为洛氏硬度值。

6）、反转升降手柄，取下试样。

注意：试样最小厚度应不小于最后测得深度的8倍，在试样上相邻压痕中心距及任一压痕中心与试样边缘距离均不小于3mm。

7）、整理试验机及工具、试样，并整理测得的数据，填写实验报告。四、思考题

1、布氏硬度误差来源分析及影响测试试验结果的主要因素是什么？

2、试比较布氏、洛氏、维氏三种硬度测试方法的应用范围及其优缺点。

金属硬度实验报告

姓名班级学号年—月—日

、布氏硬度实验

1、硬度计型号：

2、实验结果记录

试样材料及热处理状态

试样厚度

(mm)

钢球直径

(mm)

负荷P(Kgf)

负荷保持时间

(秒)

凹痕直径d

(mm)

布氏硬度值(HB)

二、洛氏硬度实验

1、硬度计型号：

2、实验结果记录

试样材料及热处理状态

洛氏硬度标尺符号

压头类型

预载荷

主载荷

总载荷

洛氏硬度值

相当布氏硬度

(HB)

1

2

3

平均

三、维氏硬度实验

1、硬度计型号：

2、实验结果记录

实验四材料的冲击韧性实验

一、实验目的

1、测定低碳钢、铸铁、黄铜等材料冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较

2、掌握JB-300B型摆锤式冲击试验机的操作原理。

二、实验设备

1、济南时代试金仪器有限公司生产的JB-300B型摆锤式冲击试验机。

2、游标卡尺

三、试样的制备

若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。试样尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图5-1。加工缺口试样时，应严格控制其形状、尺寸精度以及表面粗糙度。试样缺口底部应光滑、无与缺口轴线平行的明显划痕。

图4-1冲击试样

四、实验原理

冲击试验利用的是能量守恒原理，如图5-2所示，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。试验时，把试样放在图4-2的B处，将摆锤举至高度为H的A处自由落下，冲断试样即可。

摆锤在A处所具有的势能为：

(4-1)

E=GH=GL(1-cosa)

冲断试样后，摆锤在C处所具有的势能为：

El=Gh=GL（l-cos®（4-2）

势能之差E-E1，即为冲断试样所消耗的冲击功AK:

(4-3)

AK=E-E1=GL(cosp-cosa)

式中，G为摆锤重力（N）；L为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm）；a为冲断试样前摆锤扬起的最大角度；卩为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。

图4-2冲击试验原理图

六、实验步骤

1、测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。

2、根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。

3、安装试样。如图4-3所示。

4、进行试验。将摆锤举起到高度为H处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬起到最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。

5、记录表盘上所示的冲击功AKU值.取下试样，观察断口。试验完毕，将试验机复原。

6、冲击试验要特别注意人身的安全。

图4-3冲击试验示意图

七、实验结果处理

a

K

2

1、计算冲击韧性值aKU.

(4-4)

式中,AK为U型缺口试样的冲击吸收功(J);S0为试样缺口处断面面积(cm2)。冲击韧性值aK是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试样的绝对尺寸、缺口形状、试验温度等的变化而不同。

2、比较分析不同材料的抵抗冲击时所吸收的功，观察破坏断口形貌特征。

八、思考题

1、如何通过冲击试验后的冲击断口来评定材料的断裂性质和缺陷？

2、影响冲击试验结果的主要因素有什么？

冲击韧性实验报告

姓名班级学号年—月—日

一、试验机名称、型号

二、冲击实验形状及尺寸（按实际测量值画图）

三、冲击韧性值的计算

实验五金属材料摩擦磨损性能实验

一．实验目的

1、掌握HSR-2M往复摩擦磨损试验机的工作原理和基本操作方法。2、了解载荷、磨损时间和转速对金属材料摩擦磨损性能的影响。

3、掌握测试数据的图表制作方法。

二．实验原理

1、仪器工作原理本试验机（如图5-1所示）主要以滑动摩擦的形式在不同接触压力下对材料和零部件表面的摩擦磨损性能进行测试。载荷范围宽、滑动速度可调，通过计算机准确地检测材料的摩擦系数、磨痕深度、表面轮廓和耐磨性，有针对性地对材料或零部件的表面处理特性做出评估。

2、仪器主要技术指标往复摩擦方式：加载范围：0.1〜200N自动连续加荷

往复频率：3〜50Hz

运行长度：0.5〜25mm样品台升降高度：0〜100mm

下试样尺寸：厚度0.5〜30mm、半径2〜30mm上试样尺寸：①3〜6mm钢珠或①3〜5mm圆柱（可根据用户要求加工）

3、仪器的使用操作

（1）、准备工作.

1）检查仪器是否良好接地。2）各接线插头是否正确，接触良好。

3）机架平台放置要平稳、牢靠。4）将被测样品清洗干净。

（2）、开机

1）检查整机接线准确无误后，打开计算机。进入windowsXP资源管理器窗口，在桌面上点击****.exe图标进入仪器运行程序。

2)打开仪器控制箱电源，此时控制箱电源灯亮，预热十五分钟后开始实验。

3、主控窗体各功能键使用说明，主控窗体如图5-2所示：

图5-2主控窗体

新建按钮：用鼠标左键单击【新建】按钮，弹出参数设定窗口如图5-3所示

试验参数输入操作及要求：每次打开参数输入窗口，将显示上一次输入的参数。如要重新输入或修改参数，用鼠标箭头指向要修改的文本框，单击左键，光标在文本框中闪动，用键盘输入修改值。只输入参数数值，不输入参数的单位。试验参数输入完成后，用鼠标单击【确定】按钮，返回主控窗口。

a.样品编号：输入试验样品号

b加载载荷：是用户试验时所需的加载重量，单位为N（牛顿）或g（克）。

使用200N力传感器时，设定输入的参数最好为整数值，10、20、30、90、100、200单位（N）。使用1000g或100g力传感器时，输入的参数为整数值10、20、30、一-90、100、一200、1000单位（g）。

试验时间：试验的运行时间，单位为m（分钟）。一般为整数值，例如：

5、10、15、30、--90、120、--600m等。

运行速度：旋转摩擦测量方式中样品台的转速，单位：r/m（转/分）往复摩擦测量方式中样品台的往复次数，单位：次/分换算成频率为：频率=（次/分）/60

运行长度：往复摩擦方式下，试样的滑动距离。该参数是根据往复长度调整机构的实际调整值输入。

旋转半径：旋转摩擦方式下，试样滑动摩擦的旋转半径值。该参数根据旋转半径调整机构的实际调整值输入。

扫描长度：表面轮廓测量方式中，位移传感器锥尖在样品表面上划动的测量距离。

测试方式：1旋转摩擦测量方式，2往复摩擦测量方式，3表面轮廓测量方式，4**。用户根据试验要求点击选择框，选择测量方式，同时必须更换与试验相应的样品台和夹具。

力传感器的规格：用户根据试验要求点击选择框，选择传感器规格，同时必须更换与试验相应规格的传感器。

（2）调图按钮：以图形方式显示已存储的试验数据文件。鼠标单击该按钮，弹出文件对话框，输入要调用的文件名，单击【打开】按钮。调用的文件以图形方式显示在屏幕上。

存储按钮：试验数据以文本形式保存。测试结束后，单击该按钮弹出文件对话框，输入要存储的文件名，单击【存储】按钮(用户可建立自己的文件夹保存数据)。

启动按钮：调整好样品位置和载荷零点、摩擦力零点，正确输入各参数后单击此按钮，开始测试。

停止按钮：在启动运行程序后，鼠标单击【停止】键，可终止当前测试程序的运行。

退出按钮：退出试验程序，返回windows窗口。

打印按钮：单击此按钮，可调出OfficeExcel程序，绘制试验图形。也可调出历史数据文件进行绘图、打印。

加载、位移电机控制框：在＜移动距离＞文本框中输入要移动的位移量，单位为mm(毫米)。也可输入小数。例如：0.1、0.003、0.0001等。用鼠标单击加载或卸载按钮，可Z—方向上、下移动加载平台，调整载荷压头位置。用鼠标单击左移或右移按钮。可X--方向左，右移动上试样平台，调整试样位置或摩擦半径。

磨痕深度文本框：按表面轮廓测量方法操作，显示磨痕宽度、磨痕深度、磨损量。

三．实验设备及材料

1、实验设备联想商用机一台(标准配置)，控制箱一台，主机一台，表面轮廓测量组件一套，摩擦组件一套，样品夹具二个。FA1204B电子天平，Max=120g,精度0.1mg。

2、实验材料铸钢、铸铁或有色合金实验用试样若干个，酒精或苯铜试剂一瓶，棉签若干。

四．实验步骤及方法

1、往复摩擦方式操作方法：

往复摩擦组件结构图如图5-4所示。

1电机2可变半径曲轴3调整块固定螺钉4曲轴连杆

5样品台6滑动导轨7底座8滑动长度调整块

图5-4主控窗体

将试样放置在样品台(5)上，拧紧固定螺钉。用自动或手动方法调整加载平台升降，使上试样将要触及下试样表面，但未接触上。沿X-方向左、右移动上试样平台，将上试样与下试样摩擦部位调整到合适的位置。

往复摩擦滑动长度的调整：根据试验要求如需调整滑动长度，应先松开三个调整块固定螺钉(3)，将滑动长度调整块(8)拉出或推入改变旋转曲轴半径，就可改变往复摩擦行程长度。用手拨动电机曲轴(2)，再用卡尺测量样品台的实际运行距离，根据试验要求调整好行程长度。将调整块固定螺钉(3)拧紧。

调整载荷零点、摩擦力零点。单击运行按钮，开始测试。

载荷零点的调整：主控箱预热后，检查上试样是否离开下试样，力传感器应在卸载状态。1.在使用200N力传感器时，先调整仪器控制箱前面板载荷I调零、载荷II调零旋钮，使屏幕主控窗口左下方，〈零点调节〉框中的〈载荷T＞、＜载荷-2＞文本框中数值显示为“0.00”，然后再检查＜＞框中＜试验载荷＞文本框数值显示为“0.00”。2.在使用1000g或100g力传感器时，因使用标准砝码加载，所以不需要载荷调零。

摩擦力零点的调整：检查上试样是否离开下试样，载荷传感器应在卸载状态。1•在使用200N力传感器时，先调整仪器控制箱前面板摩擦力I调零、摩擦力II调零旋钮，使屏幕主控窗口左下方，＜零点调节＞框中的＜摩擦力1＞、＜摩擦力2＞文本框中数值显示为“0.00”，然后再检查＜测量显示＞框中＜摩擦系数＞文本框数值显示为“0.00”。2.在使用1000g或100g摩擦力传感器时，因使用标准砝码加载，所以只调整仪器控制箱前面板1Kg力调零、100g力调零旋钮，使〈测量显示＞框中＜摩擦系数＞文本框数值显示为“0.00”即可。调整好载荷零点、摩擦力零点后，单击＜启动按钮＞，开始测试。仪器将按照试验设定参数，自动加载、并绘制数据图形，试验结束后自动停机。

试验结果显示如图5-5所示：

2、测试数据的图表制作

测试数据为实际测量值,以文本文件的格式存储。测量数据文件的参数和数据存储顺序如下：

卜…18行为试验条件输入参数，样品编号、加载载荷、运行速度、旋转半径、长度、扫描长度、试验日期等。

从19--T020行开始共分三列：

第一列运行时间

第二列摩擦系数测量值

第三列扫描长度值

第四列磨痕深度测量值

数据文件可以***.txt文本文件方式打开。也可用MicrosoftExcel电子

表格工具软件打开，进行绘图并转换为电子图表文件存储格式。

数据文件的图形制作的操作方法：

打开电子图表工具软件，进入操作界面。

打开***.txt测试数据文件。设定导入起始行为20(删除输入的参数),选择逗号为分隔符。在列数据格式中选择“文本”，之后点击“完成”。测量数据全部显示在A1,B1,C1,D1列上。A1列为试验时间,B1列为摩擦系数,C1列为扫描长度，D1列为表面轮廓。

选取任意两列或全部列,点击工具栏图表向导,弹出图表向导窗体,选择图表类型中的折线图。鼠标左键点击“下一步”,弹出图表向导窗体,再点击

“下一步”，弹出图表向导窗体，在“图表标题：分类(X)轴：数值(Y)轴

中填写完成后点击“下一步”，再点击“完成”。图表制作好了以后，用户可根据情况修改绘图区或分类轴。

详细操作说明请参阅MicrosoftExcel软件应用参考书。

3．主控箱前面板操作元件安装图如图5-6所示

1.风扇2.电源指:

3.

『i灯3•电源开关4.摩擦力I调零旋钮5

6.载荷I调零旋钮7.载荷II调零旋钮屈.10

摩擦

摩擦力调零旋钮9.1000g摩擦力调

II调零旋钮

零旋钮

图5-6主控箱前面板操作元件安装图

五．实验注意事项

仪器使用的计算机为专用控制机。严禁更改操作系统、格式化硬盘、上网、游戏和影响计算机安全的操作。

仪器使用完毕后，必须关闭主控制箱电源，以免主机电机长期通电过热烧。

定期向仪器运动部件滑轨、丝杠、轴承、齿轮等加注润滑脂。保持仪器表面干燥或涂少许润滑油，防止生锈。

（4）仪器在出厂前，载荷、摩擦力及位移传感器均已调整准确，一般不需再调整。如需调整请在生产单位技术人员的指导下进行。如有故障，生产厂家负责维修。本仪器应存放在干燥，温差小的室内。长期不用时应在主机表面擦少量油脂，以防生锈。仪器用过一段时间请在加载丝杆和平台移动丝杆上加适当的润滑脂，转动部分滴少量润滑油。

六．实验报告和实验记录

1．实验记录

将实验数据记录在实验报告中的表5-1中。

2．实验报告要求

（1）通过测试数据的图表制作，分别画出三种实验条件下材料的摩擦系数图。

（2）分析讨论载荷（转速或磨损时间）对材料磨损量和摩擦系数的影响（要求画图并对实验结果进行分析）。

金属材料摩擦磨损性能实验报告

、实验数据记录

摩擦磨损设备型号：称重天平型号

试样材料：试样尺寸：

对磨偶件：

表5-1实验数据记录表

测试

内容

试样

编号

运行长度

/mm

运行速度转/分

载荷

/N

磨损时间

/min

试样质量（试验

前）/g

试样质量（试验

后）/g

磨损量

/g

摩擦

系数

载何的影响

转速的影响

磨损时间的影响

注：每一小组做一个摩擦磨损试验，每三个小组实验结果数据共用，分别讨论载荷、转速或磨损时间对材料摩擦磨损性能的影响。

二、画出3种实验条件下金属材料的摩擦系数图。

三、分析讨论载荷（或转速、磨损时间）对材料磨损量和摩擦系数的影响（要求画图并对实验结果进行分析）。

实验六拉伸实验

一、试验目的

1、观察分析低碳钢、铸铁、铝材等材料拉伸压缩机弯曲过程及实验现象；

2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限q,强度极限入，延伸率8和截面收缩率屮；用引伸计测定塑性材料的弹性模量。

3、观察分析比较不同材料的试验过程及实验现象；

4、认识典型塑性材料力学性能特点和断裂特征。

5、掌握万能材料试验机的基本操作；

二、试验设备及试样

1、微机控制电子万能试验机如图6-1所示。

图6-1拉伸机主题图

2、游标卡尺

3.低碳钢、铸铁、等拉伸试样（一般为圆形截面）,l0=1Od=1OOmm，将10十等分，用画线机刻划圆周等分线，或用打点机打上等分点。

注：金属拉伸试验试样目前可遵循国标GB/T228-2OO2附录A、B、C、D。三、试验原理及方法（以低碳钢为例）

1、屈服极限a及强度极限ab的测定

sb

试样加载到达屈服阶段时，低碳钢的P-Al曲线呈锯齿形（图6-2）。与最高载荷对应的应力称为上屈服极限，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。一般把初始瞬时效应之后的最低载荷Ps对应的应力作为屈服极限as。因为进入屈服阶段时，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，捕捉指针所指的最低载荷P。以试样的初始横截面面积A0除P,即得屈服极限。

sOs

P

Q二一

sA

O

屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力，如图6-2。载荷到达最大值Pb时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象。这时示力度

2、延伸率8及断面收缩率屮的测定

试样的标距原长为10,拉断后将两端试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为11，延伸率为

/-/

5=-40X100%

/

0

断口附近塑性变形最大，所以L］的量取与断口的部位有关。如断口发生于10的两端或在10之外，则试验无效，应重作。若断口距L0—端的距离＜03（图6-3b和c）,则按下述断口移中法测定人。在拉断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得B点，若剩余格数为偶数（图6-3b），取其一半得C点，AB长为a，BC长为b,则l=a+2b。当长段剩余格数为奇数（图6-4c）,取剩余格数减1后的一半得C点，加1后的一半得C］点，AB、BC和BC］的长度分别为a、b1和b2，则l1=a+b1+b2o

试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A,由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A，然后按下式计算断面收缩率:

X100%

屮

0

四、电子万能实验机实验过程

1、试件

在试件的标距范围l内，用游标卡尺分别测得试件两端及中部三个截面I、0

II、III的直径，每处在相互垂直的两个方向上各测一次，取平均值为该处的直

径，以三处测量结果中的最小值作为d，计算试件的横截面的面积A，A取三

000位有效数字。将试样的各项参数输入到系统中。

2、调整试验机

开启试验机，打开测试桌面上的TestExpest图标（如图6-4所示），随后出现如图6-5的登陆界面。

图6-4测试图标图6-5登陆界面

进入登陆界面后出现了主运行图，如图6-6所示，软件上端有文件、方法、数据、试验、用户、横梁和帮助等几个子菜单。

第三栏有试验操作、方法定义、数据处理几个子菜单，具体数值及其相关内容见图6-7、6-8、6-9、6-10、6-11、6-12。

具体运行时首先先开启试验操作中电脑的图标进行联机，随后其右侧圆形图标会变绿，下方也出现了数值的变化，如图6-7所示。再点击绿色图标进行启动，这时整个系统会发出响声，随后整个界面灯会亮起，此时可以进行试验操作。

如图6-9所示，首先在方法定义界面中先将试验方法、样品符号系统、报告输出语言测定试件的样式、大小等输入。选取试验中想要测定的数值。其次在右栏中选取试验想要得到的参数数值。在设备与通道界面中和控制与采集界面中分别设定合适的数值，一般试验中拉伸速度不宜过快。

□利

图6-7开启联机后试验操作界面

」〃方法名=塑料拉伸1TestExpert.NET管理员□面冈

文件E方法吐数据R试验匸用户U横梁C帮助E

试验操作|方法定义|數据处理|

狀度

形长

样行度度距试平宽厚标

■fe-W

75.000

mm

10.000

ITLHl

5.000

JTLHL

60.000

mm

应力

IPa

伸长率

%

速度mm/min

图6-6主运行图试验操作界面

文件E方法M数据R试验工用户世横梁匚帮助H

①呼3住町I■算冕试验操作I方法定义］数据处理I

AH

样行度度距试平宽厚标

试样输A.

I单位

板材

75.000

mm

10.000

min

5.000

mm

60.000

min

应力

伸长率

速度

-12.929

0.000

50.000

IPa

«

mm/min

■3oee

图6-9方法定义中基本设置的界面

试骑操作|方法定义|数据处理］

试样输入

|单位

»||

状度

形长

样行度度距试平宽厚标

板材

75.000mm

10.000min

5.000mm

60.000min

应力

-12.908

IPa

伸长率

0.000

速度

50.000

图6-8开启启动后试验操作界面

试验操作［芳薩走翅|数据处理|

BH軀修«|一SJ®怒娣鏗

|简体中丈3

方法类型：

岡3

采用的名称符号系统:

测试及报告输出语言:

设置计算方法及输入

编辑打印文档

可选计算项目：

设置统计值

设置报告标题

设置复查曲线

编辑单试验打印文档

已选计算项目：

试鸚结果是否修约：

试样形狀及尺寸一

形状：厨3疋同组试样尺寸相同

平行长度：,75.i：ii：ii：iirim编辑

宽度：

厚度:

原始标距:

编辑

眉"[1[11]JTUTL]

.S虽虽力力:L:t比0里延总荷长怜力衢诙脇眈力服服拊幫型里能总九幕伸应悅丈服屈屈服屈屈定定定能伸定大伸后后裂面」斷上下屈上下规规规总定规最定断断断斷

强度0.

强度）

强度

01%

2%

抗拉强度

弹性模量

断裂总伸长率

厂不允许重新计算

计算间隙预负荷：

0.005kN

编辑

■二Q”

图6-11方法定义中控制与采集的界面

试验操作方法定义I叛据处理］

值艮7J

下

艮

DP下上

位

■■3-

、耳

道

测测

检检

不不

变变

改改

不不

a

MJTLFkmM%

常规J限定值］

设备参数

取消|

控制类型:

通道：

单位：

小数位数:

极性：

图6-10方法定义中设备及通道的界面

系统活零选择：I试验前消除间隙后自动蓿零F橫梁初始移动右向：向卞3采样数据是否保存：丽3

采样频率：

试验遠度：

调节间隙预负荷:

调节间隙遠度：

常用调节速度：

厂黴活返回.

返回速度：10.000nuTL/'nin漏辑

厂试验完成后橫梁自动返回

试验终止条件：暉3

图6-12数据处理的界面

3、安装试件

启动升降马达，注意界面中右下角第二个类似于把手的图标“J”可点击其进行机器高速和低速的升降运转。调整工作台至适当高度，自下而上装上夹头和试件，并使试件安装牢固且垂直。安装弹性引伸计，用于测定弹性模量

4、进行试验

开动绿色按钮“”试验机并缓慢匀速加载。注意观察测曲线的变化,在过了弹性应变后取下引伸计，随后继续进行测试，适当调整加载速度。

发生屈服后，继续加载直至试件断裂。在断裂前注意观察颈缩现象。试件断裂后停机。

取下试件。将断裂试件的两段对齐并尽量挤紧，用游标卡尺测量拉断后的试件标距l，并对接好断口，分别测量试件断口处的直径，在互相垂直的

1

方向上各测一次，取平均值作为该处的直径，计算试件断口处的横截面面积A。

1

(4)打印或导出所需数据进行处理。

脆性材料如铸铁的拉伸实验原理、步骤同上，所不同的是铸铁没有明显的屈服极限，并且在受力较小的情况下，就发生断裂。

材料拉伸实验报告

姓名班级学号年月日

一、实验目的

二、实验所用材料及设备

三、数据记录和处理

试样名称：

试验前

试验后

标距l0(mm)

标距l0(mm)

试样

直径d0(mm)

直径d0(mm)

尺寸

截面面积

A0（mm2）

截面面积

A0（mm2）

试样

简图

屈服载荷Ps=屈服极限os=

强度极限ob=

断后伸长率8=

最大载荷Pb=

断面收缩率9=

试样名称：

试验前

试验后

标距l0(mm)

标距l0(mm)

试样

直径d0(mm)

直径d0(mm)

尺寸

截面面积

A0(mm2)

截面面积

A0(mm2)

试样

简图

屈服载荷Ps=屈服极限os=

强度极限ob=

断后伸长率8=

最大载荷Pb=

断面收缩率9=

试样名称：

试验前

试验后

标距l0(mm)

标距l0(mm)

试样

直径d0(mm)

直径d0(mm)

尺寸

截面面积

A0(mm2)

截面面积

A0(mm2)

试样

简图

屈服载荷Ps=屈服极限as=

最大载荷Pb=强度极限ob=

断后伸长率8=断面收缩率9=

试样名称：

试验前

试验后

标距l0(mm)

标距l0(mm)

试样

直径d0(mm)

直径d0(mm)

尺寸

截面面积

A0（mm2）

截面面积

A0（mm2）

试样

简图

屈服载荷Ps=屈服极限os=

强度极限ob=

断后伸长率8=

最大载荷Pb=

断面收缩率9=

试样拉伸曲线AL

>

AL

试样拉伸曲线

四、思考题

1、金属材料拉伸试验可测得哪些力学性能指标？这些指标有什么工程意义？

2、碳钢拉伸曲线分几个阶段,各有何特点？

3、什么叫材料的屈服极限，如何测定?塑性材料如果没有明显的屈服现象,如何确定屈服强度?

4、低碳钢延伸率8在载荷一位移曲线上如何表示？从试件上和曲线上确定8数值是否相同？为什么?

5、为什么拉伸试验必须采用标准试样或比例试样？材料和直径相同而长短不同的试样，它们的延伸率是否相同？

6、弹性变形、塑性变形各有什么特点？

7、什么叫韧性？在拉伸曲线上如何表现？

8、试验时如何观察低碳钢的屈服极限？

9、弹性模量定义是什么？在进行实验时，应注意哪些问题

10、影响拉伸试验结果的主客观因素是什么？在试验操作时应怎样处理？

实验七材料的压缩实验

一、实验目的

1、测定铸铁的抗拉强度极限、低碳钢压缩时的屈服极限；

2、观察铸铁、低碳钢、混凝土砌块、大理石、花岗岩压缩时的破坏现象，

比较塑性材料和脆性材料机械性质的区别；

3、学习、掌握万能试验机进行压缩时的使用方法及工作原理。

二、实验设备

1、电子万能试验机；

2、游标卡尺。

注：金属弯曲力学性能试验方法标准GB/T228-2002

三、实验试件

实验所用试件如下图7-1所示，压缩试件通常采用矩形或圆柱形试样，图示

为圆柱形试样。

图7-1压缩试件

四、实验原理

1、压缩试验装置

压缩试验在电子万能试验机上进行，装置介绍如拉伸试验指导书所示

2、规定总压缩力的测定

tc

试样压缩时，其标距的总压缩变形（弹性和塑性变形之和）达到规定的原始标距百分比时的应力，即为规定总压缩应力。

3、压缩屈服点Q的测定

sc

试样压缩时，当达到力不再增加而仍然继续变形所对应的应力即为压缩屈服点。

4、抗拉强度a的测定

bc

试样压缩至破坏过程中的最大应力即抗压强度。

五、实验步骤及注意事项

1、试件准备：压缩试件应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。取用三处直径测量值的算术平均值和三处高度测量值的算术平均值，作为试件的宽度和高度。

2、试验机准备。

3、安装夹具，放置试件：根据试样情况选择弯曲夹具，安装到试验机上，检查夹具，设置好跨距，放置好试件。

4、开始试验。

5、记录数据。

6、试验结束：试验结束后，清理好机器，关断电源。

六、实验结果处理

总压缩力a

tc

压缩屈服点a

sc

抗拉强度a

bc

七、思考题

1、压缩试验适用于哪些金属材料的塑性的测试？

2、比较低碳钢和铸铁机械性质的区别。

3、试述压缩试验和拉伸试验的不同。

实验八材料的弯曲实验

一、实验目的

1、采用三点弯曲对矩形横截面试件施加弯曲力，测定其弯曲力学性能；

2、学习、掌握万能试验机的使用方法及工作原理。

二、实验设备

1、万能试验机；

2、游标卡尺。注：金属弯曲力学性能试验方法标准GB/T