《材料性能及分析测试技术》实验课程
一、学生人数
4个班，共计90位学生。
二、试验内容
试验内容：如下表：
实验一静载拉伸
一、实验目的
掌握材料基本力学性能测试和分析的方法，具体包括：
1）熟悉液压万能试验机的操作；
2）掌握拉伸试样尺寸的测量方法；
3）掌握建立材料工程应力-应变曲线和真实应力-应变曲线的方法；
4）观察对比低碳钢和硬铝两种材料的变形特点（弹性阶段、屈服、塑性阶段、加工硬化、颈缩和断裂）；
5）测定两种材料的基本力学性能（强度、塑性）；
6）加深对材料拉伸性能物理意义的理解。
二、实验器材及材料
设备（器材）：万能试验机、游标卡尺；
材料：45号钢（退火）、L Y12(2A12)硬铝
三、实验步骤
1）对低碳钢圆棒试样进行单向静载单向拉伸试验，拉断为止，获得拉伸曲线；
2）对硬铝圆棒试样进行单向静载单向拉伸试验，拉断为止，获得拉伸曲线；
3）分别绘制两种材料的名义和真实应力-应变曲线；
4）分别测定以上两种材料的基本力学性能（屈服强度、强度极限、延伸率、截面收缩率）。
5）撰写实验报告。
实验二硬度试验
一、实验目的
掌握硬度测定的基本原理及常用硬度试样方法及其应用范围；
学会使用硬度计。
二、实验器材
设备：不同型号硬度计；
材料：不同材料
三、实验步骤
1）了解各种硬度计的构造原理、操作方法和注意事项；
2）按照各种硬度试验的选用原则，采用不同状态的金属，分别在布氏、洛氏、维氏硬度计上进行硬度测试；
3）观察压痕大小和形状，正确测定硬度值；
4）对比分析不同硬度测试方法间的不同；
5）分析硬度值与金属成分和组织的关系；
6）撰写实验报告。
四、实验指导
1、布氏硬度测定的原理和方法
测定布氏硬度是用一定的压力将淬火钢球和硬质合金球压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力。于是，在试样表面留下压痕（见
图），单位压痕表面积A上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值。已
知施加的压力P，压头直径D，只要测出试件表面上的压痕深度h或直
径d，即可按下式求出布氏硬度值，单位为kgf/mm2，但一般不标注单
位。
22P P HB A Dh D D D d ππ===⎡⎤--⎣⎦
( 1 ) 由于材料的硬度不同，试件的厚度不同，所以在测定布氏硬度时往
往要选用不同直径的压头和压力。在这种情况下，要在同一材料上测得
相同的布氏硬度，或在不同的材料上测得的硬度可以相互比较，则压痕
的形状必须几何相似。图1表示用两个直径不同的压头D1和D2，在不
同的压力P1和P2的作用下，压入试件表面的情况。要使两个压痕几何
相似，则两个压痕的压入角应相等。由图1可见，d=Dsin ϕ/2，代入式
（1），得
2211sin 2HB D πϕ=⎡⎤--⎣⎦
( 2 )
图 1 压痕几何相似示意图
表一 布氏硬度实验的P/D 2值选择表
由式（2）可见，要使布氏硬度的压痕几何相似，则比值P/D2应为常数。所以，布氏硬度实验前，根据试件的厚度选定压头直径。试件的厚度应大于压痕深度的10倍。在试件厚度足够时，应尽可能选用10mm 直径的压头。然后再根据材料及其硬度范围，参照表1选择P/D2之值，从而算出试验所需压力P之值。应当指出，压痕直径d应在0.25-0.60D 范围内，所测硬度方位有效。若d值超出上述范围，则应另选P/D2之值，重做试验。
布氏硬度的测定在布氏硬度试验机上进行：
1）测试时必须保持所加压力与试件表面垂直，施加压力应均匀平稳，不得有冲击和振动。
2）在压力作用下的保持时间也有规定，对于钢铁材料应为10秒，有色金属为30秒，而软金属材料（HB<35=的材料）为
60秒。
3）卸除载荷后，测定压痕直径，代入式（1），即可求得HB之值。
为使用方便，已按式（1）制出布氏硬度数值表。测得压痕直径后，即可查表求得HB之值，并用下列符号表示：当压头为淬火钢球时，用HBS 表示；当压头为硬质合金球时，用HBW表示。HBS和HBW之前的数字表示硬度值，其后的数字表示试验条件，依次为压头直径、压力和保持时间。例如，200HBS10/3000/30表示用10mm直径淬火钢球，加压3000kgf，保持30s，测得的布氏硬度值为200；又如，500HBW5/750，表示用硬质合金球，压头直径5mm，加压750kgf，保持10-15s（保持时间为10-15s，不加标注），测得布氏硬度值为500。
当使用淬火钢球作压头时，只能用于测定HB<450的材料的硬度；使用硬质合金球作压头时，测定的硬度可达650HB。但当HB>450，应测定材料的洛氏硬度为宜。应为测定硬材料的布氏硬度时，所加单位压力大，可能会损坏压头。
2、洛氏硬度测定的原理和方法
洛氏硬度是指直接测量压痕深度，并以压痕深浅表示材料的硬度。常用的洛氏硬度的压头有两类：即顶角为120的金刚石圆锥体压头和直径为φ1.588mm（1/16英寸）的钢球压头。测洛氏硬度时先加10kgf （98.1MPa）的预压力，然后再加主压力，所加的总压力大小，视被测材料的软硬而定；采用不同压头并施加不同的压力，可以组成不同的洛氏硬度指标尺。生产上常用的为A、B和C三种洛氏硬度指标，其中又以C指标应用最普遍。用这三种洛氏硬度指标测得的硬度分别记为HRA、HRB和HRC。洛氏硬度测试时，试件表面应为平面。
测定HRC时，采用金刚石压头，先加10kgf（98.1MPa）预载，压入材
