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指导教师：郑兴华 王晨 黄向东 王欣 黄晓巍 卢洪 郑振环

材 料 性 能 实验. 指导教师：郑兴华 王晨 黄向东 王欣 黄晓巍 卢洪 郑振环. 实验一 材料的静拉伸实验. 指导教师：王晨 郑振环. 一、实验目的. 了解万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用时的注意事项 了解典型材料的拉伸曲线和应力应变曲线 了解通过应力应变曲线来定义各种性能指标及其意义掌握材料拉伸性能的测试标准和测试方法 分析材料成分及处理工艺对材料拉伸性能的影响.

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指导教师：郑兴华 王晨 黄向东 王欣 黄晓巍 卢洪 郑振环

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Presentation Transcript

  1. 材 料 性 能 实验 指导教师：郑兴华 王晨 黄向东 王欣 黄晓巍 卢洪 郑振环

  2. 实验一 材料的静拉伸实验 指导教师：王晨 郑振环

  3. 一、实验目的 • 了解万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用时的注意事项 • 了解典型材料的拉伸曲线和应力应变曲线 • 了解通过应力应变曲线来定义各种性能指标及其意义掌握材料拉伸性能的测试标准和测试方法 • 分析材料成分及处理工艺对材料拉伸性能的影响

  4. 二、实验设备和材料万能材料试验机一台、游标卡尺（最小刻度值为0.01mm）、记号笔等。45钢（经过不同热处理工艺）：调质，淬火＋中温回火，淬火＋低温回火，正火，退火。40Cr钢：正火态15钢：调质，调质（预先留有缺口）二、实验设备和材料万能材料试验机一台、游标卡尺（最小刻度值为0.01mm）、记号笔等。45钢（经过不同热处理工艺）：调质，淬火＋中温回火，淬火＋低温回火，正火，退火。40Cr钢：正火态15钢：调质，调质（预先留有缺口）

  5. 三．实验步骤 • 1、试样的准备 • 了解试样的材料与热处理状态，并在试样两头端部打上编号。 • 用游标卡尺测量试样的直径（或边长），计算横截面积； • 测量试样的标距长度，在试样上标出原始标距，并将试样标距范围内的部分均分为10等分，轻轻打上标点。

  6. 2、试验设备的操作 本实验中所用的设备和仪器的构造原理和使用方法，详见实验室中准备的仪器说明书和操作指南。学生应认真听取教师针对实验所用设备和仪器的讲解和观摩示范操作，然后再动手做准备工作。

  7. 打开电源开关，开启控制柜上的油泵开关。开启电脑，打开Smart Test软件。 • 根据试验，选择合适的夹具和附件。 • 软件中数值清零，输入试样材质，几何尺寸。 • 关闭回油阀，打开送油阀，根据试样尺寸调节横梁的位置。 • 关闭送油阀，夹好试样 • 软件中，点击开始，开始记录。 • 打开送油阀，根据电脑屏幕显示的加载速度，调节送油阀的大小，使加载均匀。 • 等测试完毕，关闭送油阀。保存数据。 • 把试样取下，打开回油阀 • 关闭油泵，关闭电源。

  8. 3、测量步骤 • 将试样夹持于试验机的夹头中，开动试验机，开始加载实验。 • 测量试样拉断后的标距L1缩颈处最小直径d1，并分别计算δ及ψ。

  9. 四．实验结果

  10. 思 考 题 1、分析材料成分、热处理工艺、预 留缺口对材料拉伸性能的影响。 2、实验心得体会

  11. 录像资料

  12. 实验二 材料的压缩实验 指导教师：王晨 郑振环

  13. 一、实验目的 • 掌握低碳钢压缩时的屈服应力测定方式。 • 绘制低碳钢的压缩图，认识低碳钢在压缩时的变形特点。

  14. 二、实验设备和材料 WDW-300D微机控制电子万能试验机、游标卡尺、记号笔、低碳钢（15＃钢）

  15. 三．实验步骤 • 检查试样两端面的光洁度和平行度，并涂上润滑油。用游标卡尺在试样的中间截面相互垂直的方向上各测量一次直径，取其平均值作为计算直径。 • 依次打开电源开关，变压器开关，在试验机控制面板上按“启动”，开启试验机。打开控制电脑，双击打开控制软件 • 将试样放置于压缩台上 • 在软件中，点击“试验操作”，“新建试验材料”，输入试样的几何尺寸，点击“新建”。

  16. 点“自动控制”面板，进入“编程器”，建立试验的控制参数。点“自动控制”面板，进入“编程器”，建立试验的控制参数。 • 点“手动控制”，选取一定的速度，将中横梁移动至快接触试样。快接触试样时，必需转换成慢速。 • 点“自动控制”，选择所编的试验程序，力值清零，位移清零，点击“开始”，开始测试，注意观察试样的变形现象。 • 测试完毕，保存数据，按控制面板上的上升，将横梁上移，取下试样，进行下一个实验。

  17. 四．实验结果

  18. 思考题 1、简述为什么压缩实验下，低碳钢不容易被压断，较之拉伸实验，低碳钢的压缩率比伸长率大。 2、实验心得体会

  19. 实验三 材料的弯曲实验 指导教师：王晨 郑振环

  20. 一、实验目的 • 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； • 学习、掌握微机控制电子万能试验机的使用方法及工作原理。

  21. L h b 二、实验设备和材料 CMT6104型微机控制电子万能试验机、游标卡尺、记号笔。 实验材料（可选择）：低碳钢、氧化铝陶瓷、聚苯乙烯。 实验所用试件如图所示，试件截面为矩形，其中，b为试件宽度，h为试件高度，L为试件长度。 矩形截面试样

  22. 三．实验步骤 • 试样准备：矩形横截面试件应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。取用三处宽度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。 • 依次打开电源开关，将试验机电源开关打倒“开”，开启试验机。 • 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，设置弯曲跨距为80mm，放置好试件。 • 打开控制电脑，双击打开PowerTest测试软件。 • 在软件中，选择合适的试验方案，并点击“试验部分”中的“编辑试验方案”，进行试验方案修改（输入样品尺寸、位移、速度等），然后点“保存退出”。

  23. 将弯曲压头向下，通过按“快降”和“慢降”按钮，使压头接触试样（注意快接触试样时，必需转换成慢速）。将弯曲压头向下，通过按“快降”和“慢降”按钮，使压头接触试样（注意快接触试样时，必需转换成慢速）。 • 在试验主界面，选择存盘的方式及其文件名，并在试验信息区输入试样的实际测量尺寸。可以一次输入跟试样的尺寸，可以同时输入所有的试样尺寸。 • 点击更改“存盘名”，输入测试者学号，同时清零力和位移。点击软件中的“开始”按钮，开始实验，直至试验结束。 • 记录数据：每个试件试验完后屏幕右端将显示试验结果。一批试验完成后点击“生成报告”按钮将生成试验报告，然后点击“导出Excel”，点击“保存”。 • 按控制面板上的上升，将横梁上移，取下试样，进行下一个实验试验。全部结束后，清理好机器，关断电源。

  24. 四．实验结果 • 根据记录数据，计算试样的三点弯曲强度、弯曲弹性模量。 • 绘制弯曲力-挠度曲线（F-f曲线）。

  25. 思考题 1、简要比较说明三点弯曲与四点弯曲试验的优缺点。 2、实验心得体会

  26. 实验四 材料的硬度实验 指导教师：王晨 郑振环

  27. 一、实验目的 • 了解各种硬度仪的测量原理 • 掌握各种硬度测试方法 • 了解各种硬度测试方法的优缺点 • 了解各种硬度测量的相关标准

  28. 二、实验设备和材料 硬度计：布氏、维氏及显微硬度计各两台； 读数放大镜 最小分度值为0.01mm一个； 标准硬度 不同硬度试验方法的二等标准硬度块各一套； 布氏：黄 铜（Ф30×5mm,Ra0.8μm）、20钢 （退火态） 维氏：45＃钢（淬火＋中温回火）、Al2O3工程陶瓷； 显微：15＃钢，45＃钢（840℃淬火，然后490℃中温回火）、Al2O3工程陶瓷

  29. 三．实验步骤 • 了解各种硬度计的构造原理，学习操作规程及安全事项，掌握操作方法。 • 对各种试验选择合适的硬度试验方法，确定试验条件。并根据试验条件更换压头及砝码，根据试样形状调整或更换工作台。 • 用标准硬度块校验硬度计。 • 测定各种试样的硬度，记录试验结果。

  30. 布氏硬度计操作 • 打开电源开关，接通电源，根据金属种类和所估计硬度选择试验力保持时间后，按动试验力保持时间按钮。 • 将试样放在试台上，转动手轮，使试台缓慢上升，试样与压头接触直至手轮与螺母产生相对滑动。按动启动按钮，硬度计即可自动完成一个工作循环。 • 试验结束后，转动手轮，取下试样，用读数显微镜测量试样表面的压痕直径，根据压痕直径和载荷查表确定试样的硬度值。

  31. 布氏硬度计

  32. 维氏硬度计和显微维氏硬度计操作 • 打开电源开关，硬度计自动复位。 • 将试样擦拭干净，稳固放置于试台上。 • 旋转转动头使物镜轴线与试台轴线重合。 • 旋转升降手柄，使试台载着试样上升，同时在目镜中观察，直到出现清晰的试样表面为止。 • 旋转转动头，使压头轴线与试台轴线重合。 • 按操作面板的“Start“键，试验开始，硬度计处于工作状态，自动完成加荷，保荷，卸荷三项任务。 • 硬度计完成卸荷后，扳动旋转头，使物镜与试台轴线重合。 • 测量压痕长度。

  33. 维氏硬度计 显微维氏硬度计

  34. 四．实验结果 实验数据处理

  35. 五．思考题 • 分析各种试样的硬度试验方法与试验条件的选择原则。 • 试分析各种硬度实验方法的误差来源。 • 实验心得体会

  36. 实验五 材料的冲击实验 指导教师：王晨 郑振环

  37. 一、实验目的 • 了解材料冲击实验的原理和方法 • 了解冲击试验机结构、工作原理及正确使用方法 • 掌握常温及低温金属冲击试验方法 • 了解冲击试样缺口专用拉床的结构和正确使用方法

  38. 二、实验设备和材料 JB-W500型微机控制摆锤式冲击试验机 L71－UV冲击试样缺口专用拉床 低温恒温箱（或广口保温瓶或硬泡沫塑料容器） 酒精、液氮（或干冰）若干。 游标卡尺（最小刻度为0.02mm），钢字、手锤等 16Mn、20＃钢（均为正火态）或40钢（调质态）等钢材中任选一种，加工成夏比U型或V型缺口冲击试样。

  39. 三．实验步骤 • 试样的准备：领取试样，在端部打上编号。用棉纱擦净，测量试样尺寸。 • 采用冲击试样缺口专用拉床对试样开缺口。 • 将试样在不同温度下保温30分钟，然后采用冲击试验机进行冲击试验。 • 冲击完成后，立即刹车，并记录冲击吸收功Aku（或Akv），然后把指针拨回。 • 用放大镜或体式显微镜观察断口形貌，并测量断口中纤维区或晶状区的断口百分率。

  40. 冲击试样缺口专用拉床操作 • 打开拉床的电源开关和油泵开关。 • 按下升刀，将刀具升升高。 • 根据缺口类型，选择刀口。固定好试样，注意根据尺寸，调好试样的夹持位置，保证拉削出的缺口处于试样正中。 • 按下切削，刀具向下运动，直至加工完毕。加工工程中，保持刀口的润滑。 • 关机，关闭油泵，关闭电源。

  41. 冲击试样缺口专用拉床

  42. 摆锤式冲击试验机操作 • 打开试验机电源，打开电脑。 • 打开JB－W500测试软件，根据摆锤大小选择量程的大小，并设置自动模式或手动模式。 • 手动模式：在软件中设置试样尺寸参数，打开控制盒开关，点按“取摆”按钮。使用定位卡子将试样的缺口背对摆锤定位于支梁上，点按退销，点按冲击，摆锤下落，测试，在软件中点击取值，获得冲击吸收功和冲击韧性，冲击后，摆锤自动扬摆，再次测试，测试完毕，长按“放摆”，摆锤放至最低处放开按钮。 • 自动模式：自动模式步骤与手动模式相同，只是相应的按键在软件中实现。 • 试验完毕，关闭试验机电源，关闭电脑。

  43. 摆锤式冲击试验机

  44. 四．实验结果 • 画出冲击试样形状及尺寸，并注明材料牌号及其热处理状态。 • 整理试验数据，作出相应Ak-t曲线和断口形貌（%）温度曲线，确定其tk值。

  45. 五．思考题 1、为何在作系列冲击实验时20＃钢试样要开缺口？ 2、简述一次冲击弯曲实验在工程应用上有几方面用途？ 3、实验心得体会

  46. 实验六 材料的疲劳裂纹 扩展速率实验 指导教师：王晨 郑振环

  47. 一、实验目的 • 学会S-N曲线测试方法及用升降法测定条件疲劳极限的方法 • 了解疲劳试验数据的统计分折方法 • 了解疲劳试验机结构、工作原理及使用方法

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