材料性能学实验报告.docx
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材料性能学实验报告
材料性能综合实践
指导书
姓名：
谭秀熊
学号：
3101602325
班级：
材料科学1003
指导教师：
李巍
福建工程学院•材料科学教研室
2012年12月
实验一拉伸及压缩实验
、实验目的
1、观察分析低碳钢、铸铁、黄铜、工程塑料拉伸过程及实验现象；
2、测定低碳钢拉伸时的弹性模量E、屈服极限ds、强度极限bb、延伸率S、截面收缩率“；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实验过程及实验现象；
4、认识典型塑性材料力学性能特点和断裂特征；
5、掌握万能材料实验机的基本操作；
、实验设备及试样
1、微机控制电子万能试验机游标卡尺
2、低碳钢、铸铁、Q23545钢拉伸试样（一般为圆形截面），lo=1Od=1OOmm将I。
十等分，用画线刻划圆周等分线
、实验原理及方法
1、屈服极限bs及强度极限bb的测定
试样加载时到达屈服阶段时，低碳钢的P一L曲线呈锯齿形。
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bs。
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Ps。
以试样的初始横截面面
积Ao除Ps,即得屈服极限。
bs=Ps/Fb
屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力。
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，这时示力度盘的从动针停留在Pb不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。
以试样的初始横截面面积A除Pb,即得强度极限。
bb=Po/R
2、延伸率及断面收缩率的测定
试样的标距原长为I0,拉断试样后将两端试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长
为li,延伸率为=（I1-Io/1o）X100%。
断口附近的塑性变形最大，所以Ii的量取与
断口的位置有关。
如断口发生于I。
两端或在I。
之外，则实验无效，应重做。
若断口距I。
一端的距离WI。
/3,则按下述断口移中法测定11。
在拉断后的长段上，由断口处取约等于
短段的格数得B点，若剩余格式数为偶数，取其一半得C点,AB长为a,BC长为b则Ii=a+2b。
当长段剩余格数为奇数，取剩余格数减一后的一半得C点，加一后的一半得C1点，
AB;BC,BC的长度分别为a,b1,b2,贝U11=a+b1+b2.
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。
0=（AO-A/AO）X100%
四、实验步骤
1开启试验机，打开测试桌上的testexpest图标，然后出现登陆界面
具体运行是首先开启实验操作中电脑图标进行联机，随后其右侧圆形图标会变绿，下方也
出现了数值的变化，再点击绿色图标进行启动，这时整个系统会发出响随后整个界面灯会
亮起，此时可以进行实验操作。
3安装试件，启动升降马达，注意界面右下角类似于把手的图标，可点击其进行机器高速和低速的升降运转。
调整工作台到适当高度至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进行实验
（1）开动绿色按钮，试验机缓慢匀速加载。
（2）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，实验断裂后停机。
（3）取下试样，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11,并对接好断口，分别测量试件断口处的直径，在互相垂直的方向上各测一次，取平均值作为该处的直径。
计算试件断口处的横截面面积A1,。
（4）打印或导出所需数据进行处理。
五、数据记录和处理
试验前
试验后
试
标距lo（mr）
100.00
标距l0（m）
110
样
直径do（m）
9.90
直径d0（mm
6.40
尺
寸
截面面积Ao（mm）
76.97
截面面积A（mm）
32.16
试样简图
■KI
试样名称:
铝合金
屈服载荷Ps=24.412KN
屈服极限ds=317.163N/mm
试样名称：
灰铸铁
试验前
试验后
试样尺寸
标距lo（mr）
100.00
标距10（mm
100.00
直径do（mr）
10
直径d°（mm
10
截面面积Ao（mm）
78.53
截面面积A（mm）
78.53
最大载荷Pb=18.246105KN
断后伸长率S=0
强度极限db=232.357Mpa
断面收缩率0=0
试样名称：
45钢
试验后
试验前
试标距Io（mm
100
标距Io（mm
121.4
样直径do（mm
9.98
直径do（mm
7.00
78.22
38.48
试样简图
截面面积A（mrf）
屈服极限ds=402.93Mpa
屈服载荷Ps=31.517193KN
最大载荷Pb=53.251102KN强度极限db=680.79Mpa
断后伸长率S=21.4%
断面收缩率0=50.80%
试样名称：
Q235钢
试验前
试验后
试
样尺寸
标距lo（mm
100
标距l0（mm
133.00
直径d0（mm
9.98
直径d0（mm
5.70
截面面积A（mm）
78.22
截面面积A0（mm）
25.51
试样简图
ri
11
屈服载荷Ps=233.70664KN
屈服极限ds=298.781Mpa
实验二材料的压缩实验
一、实验目的
1、测定铸铁的抗拉强度极限与低碳钢压缩时的屈服极限；
2、观察铸铁和低碳钢压缩时的破坏现象，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。
三、实验试件
本实验所用的压缩试件为圆柱形试样（低碳钢、铸铁）如下图所示：
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。
2、规定总压缩力dtc的测定
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dsc的测定
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dbe的测定
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、试样准备：
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，关掉电源。
六、实验结果处理
铸铁：
压缩前试样尺寸：
d=14.76mm,h=19.90mm
压缩后：
d=23.40mm,h=8.74mm
铸铁抗拉强度：
2
815n/mm
Q235:
压缩前试样尺寸：
d=9.76mm，h=15.02mm
压缩后：
d=11.40mm,h=12.62mm
Q235
、2
:
抗拉强度：
1930n/mm
实验三材料的弯曲试验
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。
1、实验设备
1.万能试验机
2.游标卡尺
-实验试件
实验所用试件如下图所示，试件截面为矩形，其中，b为实际宽度，h为试件高度，I
为试件长度
四、实验原理
1.三点弯曲实验装置
图为三点弯曲试验的示意图。
其中，F为所施加的弯曲力，Ls为跨距，f为挠度。
2.最大弯曲应力（Tbb的测定
工bb=FbbLs/4w
其中，dbb为最大弯曲应力，Fbb为最大弯曲力，w为试件的抗弯截面系数，W=bh/6
五、实验步骤及注意事项
1.试件准备：
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。
取用三处高度测量值的算术平均值得算术平均值，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：
根据试验情况选择弯曲夹具，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
试验结束：
试验结束后，清理好机器，关断电源。
六、试验结果处理
弯曲跨度L=180mm
截面尺寸b=10.02mm
h=2.96mm
抗弯截面系数：
W=bhA2/6=14.631872mmA3
最大弯矩M=PL/4=10.584315N.m
弯曲强度6bb=M/W=723.373Mpa
实验四硬度实验
一、实验目的
1.了解布氏硬度、洛氏硬度计的使用方法
2.初步掌握布氏硬度和洛氏硬度的测定方法
3.通过试验巩固和加深对布氏硬度和洛氏硬度的测定原理、测定方法和应用范围的认
识
二、实验设备及材料
HB-3000B型布氏硬度计、HR150A型洛氏硬度计、读数显微镜、式样（灰铸铁、W18Cr4V
Cr12等）一组
三、实验原理及步骤
（一）布氏硬度试验
1、试验原理
P：
所加载荷F:
凹痕表面积D:
钢球直径d:
凹痕直径
2、实验步骤
1）、清理试样表面，光洁度不低于厶6
2）、根据给定的试样国际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，是工作台缓慢上升，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）、用读书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。
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
以直径1.588mm的钢球或锥顶角为120°的金刚石椎体为压头，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，测量残余压入深度h毫米，按下式计算硬度值，或从表上读出
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，按照国际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，此时即加上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标准尺的数字（或刻度值）
即为洛氏硬度值
6）、反转升降手柄，取下试样。
7）、整理试验机及工具、试样，并整理测得的实验数据。
四、数据处理
（一）、布氏硬度实验
1、硬度计型号：
HB3000
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）
灰铸铁（退
火，淬火）
60
10
3000
10
4.501
179
灰铸铁（退
火，淬火）
60
10
3000
10
4.605
170
灰铸铁（退火，淬火）
60
10
3000
10
4.965
145
2、实验结果记录
（二）、洛氏硬度实验
1、硬度计型号：
HR-150A
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
W18Cr4V
（低温回火）
HRC
金
刚
石
10
140
150
65.
5
62.
5
62.
0
63.3
710
Cr12
（低温回火）
HRC
金刚石
22
20
22.
5
22
235
实验五材料的冲击韧性实验
、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。
、实验设备
1、济南时代试金仪有限公司生产的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。
本次试验采用
U型缺口冲击试样。
其尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图1-2。
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。
四、实验原理
冲击试验利用的是能量守恒原理，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1—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：
E=GH=GL（1-cosa）（1-1）
冲断试样后，摆锤在C处所具有的势能为：
E=Gh=GL（1-cos3）。
（1-2）
势能之差E-E1,即为冲断试样所消耗的冲击功Ak：
A=E-E1=GL（cos3-cosa）（1-3）
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；3为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。
五、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1-4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。
六、实验结果处理
1.计算冲击韧性值aku.
2式中,Aku为U型缺口试样的冲击吸收功（J）;S）为试样缺口处断面面积（cm）。
冲击韧性值aKU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.比较分析两种材料的抵抗冲击时所吸收的功。
观察破坏断口形貌特征。
三、冲击韧性值的计算
试样
尺寸
S0
ak
ak
b
h
HT150
9.68mm
10mm
78.98mm2
0J
0（J/cm2）
Q235
10mm
9.96mm
83.00mm2
118J
142.16（J/cm
2）
实验六金属材料摩擦磨损新能实验
、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，有针对地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
加载范围：
0.1~200N自动连续加载
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：
直径3~6mni钢球或直径3~5mm圆柱
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做实验
三、实验设备及材料
1、实验设备
联想商用机一台，控制箱一台，主机一台，HRS-2M型往返磨损试验仪一台，对磨偶件：
6mmHRC=65磨球
2、实验材料
生铁一块：
15mmx25mm
四、实验步骤及方法
1、往复摩擦方式操作方法
（a）、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位置。
（b）、往复摩擦传动的调整：
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，根据实验要
求调整好行程长度。
将调整块固定螺钉（3）拧紧。
（c）、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、在实用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-1＞、＜载荷-2＞文本框中数值显示“0.00”,然后再检查＜＞框中＜试验载荷＞文本框数值显示“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。
五、实验注意事项
1、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
2、仪器使用完后，必须关闭主控箱电源，以免主机电机长期通电过热烧
3、定期向仪器运动部件滑轨、丝杠、轴承、此轮等加注润滑脂。
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以调整准确，仪器用过一段时间请在加载丝杠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、实验数据记录
表1-1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
1
10
300
30
10
0.50
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。
、画出3种实验条件下金属材料的摩擦系数图
试验七SX1934型数字式四探针测试仪测量块状电阻
一、实验目的
1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理；
2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；
3、能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理。
2.仪器操作方法：
1.测试准备：
将220v电源插入电源插座，电源开关置于断开位置，工作选择开关置于“短路”位置，电源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，将探头调到适当的位置和高度，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，调节室温使之达到要求的测
试条件。
2.测量：
将电源开关置于开启位置，数字显示亮，仪器通电预热一个小时。
极性开关拨至上
方，工作状态选择开关置于“测量”，拨动电流量程开关盒电压量程开关，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合适的电流值，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所列的任意一组对应量程上。
电压量程
2V
200mV
20mV
2mV
0.2mV
电流量程
100mA
10mA
1mA
100卩A
10卩A
表7-1电流调节和自校时必须对应的电流电压量程
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。
3.实验数据及误差分析
所选电压量程为0.2mV,电流量程为100mA
方块电阻范围为：
10-3〜106Q
而实验所测电阻为2.4X10-7Q,1X10-8Q,3X10-8Q,
误差原因分析：
1.仪器：
实验时仪器出现故障，无法实现调零。
试样：
试样表面极其不光滑，而且存在油污和锈以上两个原因可能是造成实验误差的原因。
实验八材料热膨胀系数的测定
一、试验目的
1、掌握热机分析的基本原理、仪器结构和使用方法
2、掌握热机膨胀系数的概念及测定方法
二、实验仪器
RPY-m系列材料热膨胀系数测试仪
三、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叫热膨胀。
它是衡量材料的热稳定性好
坏的一个重要指标。
目前，测定材料热膨胀系数的方法很多，的示差法、双线法、光干涉法、重量温度计法等。
示差法具有广泛的使用意义。
四、实验步骤
1、式样及制备。
按标准测定式样尺寸。
式样端面应加工，使两端面平行，且平整，并保证其端面与式样主轴垂直。
2、将式样放入膨胀试样室内，
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