浙江大学材料科学基础实验力学实验报告

浙江大学材料科学基础实验力学实
验报告
专业：材料科学与工程姓名：实验报告学号：日期：地点：曹楼课程名称：材料科学基础实验指导老师：成绩：__________________ 实验名称：光学性能实验类型：________________同组学生姓名：一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析七、讨论、心得材料的力学性能实验1 45钢的静拉伸试验一、实验目的掌握金属拉伸性能指标的测定方法，加深对拉伸性能指标物理意义的理解。

了解组织形态对力学性能特点的影响。

二、实验原理屈服强度σS 淬火低温回火的45钢没有明显物理屈服
现象，应测量其屈服强度σ中标距部分残余伸长达原长度%的应力。

抗拉强度σb 即为试验在拉伸过程，将试样加载至断裂，断裂前的最大载荷所对应的应力即为抗拉强度。

延伸率δ 延伸率为试样拉断后标距长度的增量与原标距长度的百分比即：δ=[/L0]×100% L0与LK分别为试样原标距长度和拉断后标距间的长度。

根据测定延伸率的需要，在试样上先刻出标距，并分为10分格。

于断裂位置对δ有影响，其中以断在正中的试样伸长率为最大。

因此测量断后标距部分长度LK时分为两种情况：Ⅰ.如果拉断处到邻近标距端点的距离大于1/3L0，可直接测量断后两端点的距离LK。

Ⅱ.如果拉断处到邻近标距端点的距离小于或等于1/3L0则要用移位法换算LK，如图所示：先在长段上从断口处O截取一段OC，其长度等于1/2或稍大于1/2标距的总格数；再C向断口方向截取一段CB，令CB的格数等于C到邻近标距端
点D的格数CD；则AC+CB便是断后长度。

这样处理就相当于把CB移到试样的另一端，接到A处，变为断口在正中。

断面收缩率ψ 断面收缩率为试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原横截面积的百分比即：ψ=[/F0]×100% 其中F0与FK分别为试样原始横截面积和拉断后缩颈处的最小横截面积。

三、实验设备本实验采用微机控制电拉伸试验机，其最大载荷为200kN，配备有引伸计、负荷、位移、形变等传感器，曲线与数据均能自动绘制、记录、显示、计算和保存。

四、实验步骤1）试样的准备测量试样尺寸，用进度为的游标卡尺测量直径，计算平均直径并以最小平均直径计算横截面积填入表内。

测量标距填入表内。

拉伸实验记录表实验材料45钢热处理状淬火、低温回火态拉伸前数据标距L0 直径d0 拉伸过程中数据屈服载荷ps 最大载荷pb 截面面积F0 拉断试样后数据标距LK的测定断裂
位置情况Ⅱ测量方法移位法LK 断裂处直径d0 1 2 平均断裂处截面面积FK 2)试验设备的准备了解所用设备的基本原理，认识所用设备的性能、用途及特点。

学习设备操作规程、安全事项和操作方法。

调整并设置好所用设备及参数。

3）试验设置“试验参数”：试验方案名：金属拉伸引伸计运行方向：拉向变形传感器：引伸计引伸计切换点：2 入口负荷：2 速度：5 起始判断点数：50 结束后除去点数：1 定负荷衰减率：80 返车位置：0返车速度：0 同步曲线：位移——负荷详细参数向导的设计：试验方案名：金属拉伸引伸计试验处理方法：GB2282002 试样形状：棒材定显结果项：拉伸强度、断后伸长率、最大力等。

设置“用户参数”：试样材料、试样直径、试样长度等。

点击“试验”，显示试验结果，测量拉断试样的LK及FK，计算各个试验结果。

五、数据处
理试验结果显示：试验结果计算：屈服强度σs=÷= 抗拉强度σb=÷= 断后伸长率δ=[÷]×100%=% 断面收缩率ψ=[÷]×100%=% 六、思考题为什么塑性变形小的材料或在屈服点前拉伸的运行速度应设置较慢；试样在拉伸过程中为什么随着塑性变形增加强度增大。

答：①拉伸速度会对材料的屈服强度、抗拉强度等数据的测量造成影响。

在低的拉伸速度下，有充足的时间利于缺陷的发展，从而强度值较小，而较大的拉伸速度下，材料的断裂主要是其化学键的破坏引起，测得的强度值较大，但不符合实际情况。

②形变导致位错密度增加，然后位错线交织在一起，限制其进一步运动，导致形变难以继续进行，宏观表现为金属的强化。

试样拉断后如果断口在根部附近为什么要用移位法来测量伸长率。

答：低碳钢拉断时实际上并不是均匀伸长的，越靠近端部伸长得越少，如果断在标距点附近，直接测量的伸长量可能会偏小，
所以采取位移法。

位移法实际在做的事情是所谓的“断口移中”，右边多量一次移到左边去，这样量出来的比直接测量地大一些，也接近断在中间情况下的数值。

实验2 改性陶瓷的弯曲实验一、实验目的掌握陶瓷材料性能指标的测定方法，加深对压缩、弯曲性能指标物理意义的理解。

了解组织形态和成分对力学性能特点的影响。

二、实验原理弯曲强度：将试样在弯曲装置上经受弯曲塑性变形，不改变加力方向，直到达到规定的弯曲角度α或断裂前的最大载荷Fbf所对应的应力即为弯曲强度σbf。

Σbf=Fbf×Ls/4×W 其中Ls为跨距，对于矩形试样截面系数W=bh2/6。

三、实验设备设备同实验1。

试样采用10×10×50的改性陶瓷。

四、实验步骤1）试验设备的准备了解所用设备的基本原理，认识所用设备的性能、用途及特点。

学习设备操作规程、安全事项和操作方法。

调整并设置好所用设备及
参数。

2）设置“试验参数”：试验方案名：金属弯曲运行方向：压向变形传感器：位移入口负荷：2 速度：起始判断点数：50 结束后除去点数：1 定负荷衰减率：80
2.硬度值的大小与材料的弹性、塑性、韧性、强度等有什么内在联系。

答：强度是指材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。

硬度是衡量材料软硬的指标，表示金属在不大的体积内抵抗变形或破裂的能力。

所以材料的硬度和强度之间有一定的关系，根据硬度的大小可以大致估计材料的强度。

一般硬度大强度就高。

塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。

韧性是金属材料在冲击载荷的作用下抵抗破坏的能力。

所以塑性好韧性就好。

但是材料的硬度越大就越脆，相应的塑性和韧性就差些。

所以一般选材料要考虑材料的综合性能。

弹性是指材料在撤销载荷后恢复变形的能力。

材料产生完全变形时所承受的力越大弹性越好。

实验 4 20Cr 钢的冲击实验一、实验目的学习金属材料在不同热处理状态下对冲击性能的影响。

了解试样断口与热处理状态的关系、韧性断口与脆性断口的区别。

冲击韧性、脆性断面率及冷脆转变温度的测定。

二、实验原理冷脆转变温度：用V型缺口的夏比冲击试样在规定的刀口尺寸及支座尺寸的冲击试验机上进行不同温度的冲击试验，然后测量试样断口，当其纤维状断口与结晶状断口的面积比各为50%时的相应温度即为冷脆转变温度。

或当冲击功AK达到AKMAW值的40%~50%时的温度为冷脆转变温度。

冲击韧性：冲击韧性是表征金属韧度和塑性的一种综合性能，它表示在冲击载荷下，对零件需要作多少功才能破坏，冲击韧性的高低表示金属在突加载荷下脆性破坏倾向的大小。

三、实验设备与试样试样：20Cr
钢试样经热处理后在磨床上磨光再开夏比V型缺口的标准试样。

冲击样坯的切取应按产品标准或GB2975的规定执行。

试样的制备应避免于加工硬化或加热而影响金属的冲击性能。

设备：JB-30型摆锤式冲击试验机四、实验步骤先将试样安放在支座上，缺口背面朝向摆锤，须保证试样缺口与支座跨距中心相重合，然后将摆锤抬起至冲击位置，将冲击手柄拉向冲击位置，当摆锤冲击试样后回摆时再将手柄拉向“制动”位置，摆锤立即制动。

记下试验机指针在表盘上的数值，即为冲断试样所消耗的冲击功AK。

安放试样和释放摆锤均一人操作，严禁两人合作。

所有参加试验的人都不许在摆锤的平面内站立、走动，参加本试验一定要集中注意力，保持良好秩序。

五、思考题为什么随着温度的降低脆性增大；如何根据试样断口的形貌特征来判断材料的脆性大小。

答：①随着温度的降低，试样分子的热运动逐渐减弱，分子间的
相互作用力逐渐减弱，导致其硬度增加，韧性减小，即脆性增大。

②脆性材料的断口表面平齐，无剪切唇口，断口组织呈颗粒状形态；而韧性材料的断口组织呈纤维状。

此可以判断，材料的断口组织中，颗粒状的组织越多，颗粒越大材料的脆性越大。

相同的温度下冲击值的大小与材料的哪些状态有关。

答：材料的硬度、韧度、厚度等。