金属材料力学性能实验指导书-沈阳工学院
材料力学性能实验指导书(材料成型及控制工程专业)
材料力学性能实验指导书（材料成型及控制工程专业）张学萍沈阳理工大学二零一二年三月目录实验一硬度实验......................................................................... (3)前言《材料力学性能》这门课的实验是该课的重要组成部分，是该理论课的基础，正确地掌握实验的理论和方法，对提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力有重要意义。
编写本实验指导书，是根据《材料力学性能》教学大纲及教材的有关内容、又根据我院设备、仪器实际情况编写的，这样，与教材的内容相一致，便于安排实验教学。
本实验指导书适用于：材料成型及控制工程专业编者2012 年3月实验一硬度实验一.实验目的1.掌握洛氏、布氏硬度的基本原理及测试方法。
2.根据材料的性质正确选择硬度计类型及压入条件。
3.熟悉各种硬度值之间的换算。
二、实验内容用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度；用布氏硬度计测定45刚退火后的硬度。
三、概述硬度试验操作简便，对工件损伤小，可在零件上直接测试，故在生产实践中应用很普遍。
硬度所表征的不是一个确定的物理量，它是衡量材料软硬程度的一种性能指标。
硬度值的意义随试验方法而不同。
硬度试验基本上可分为压入法和刻划法。
对于以压入法进行的硬度试验，其硬度值是表示材料抵抗另一物体压入其表面的能力，洛氏、布氏和维氏硬度都属于压入法硬度试验。
（一）洛氏硬度试验法。
1.洛氏硬度是以压痕的深度来表示材料的硬度值。
图1-1为洛氏硬度试验原理图。
测试洛氏硬度时，用规定的压头，先后施加两个负荷：预负荷F0和主负荷F1。
总负荷F= F0+F1。
图1-1中，0-0位置为未加负荷时的压头位置；l-l位置为施加10kg预负荷后的位置，压入深度为h1；2-2位置为加上主负荷后的位置，此时压入深度为h2；3-3位置图1-1 洛氏硬度试验原理为卸除主负荷后由于弹性变形的恢复而使压头略微提高的位置，此时压头的实际压入深度为h3。
镁合金挤压及其力学性能研究
随温度降低而降低。如有一Ｂ含量大于Ｂ。的合
ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｙ ｈａｖｅ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｅｘｌｎｌｄａｂｉｌｉｔｙ ｗｈｅｎ ｈｅａｔｅｄ ｔｏ ２３０＂Ｃｏｒ ｈｉｇｈｅｒ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｅｘｔｒＢｄｅｄ ｒｏｄｓ ｅｎｄ ｂａｒｓ ｈａｖｅ ｇｏｏｄ ｓｕｒｆａｃｅ，ａｎｄ
20030305
沈阳工业大学硕士学位论文
摘要
本文研究了ＡＺ９１、ＡＺ６１及几种含锆镁合金的挤压性能，结果表明尽管镁合金具有 密排六方结构，室温下滑移系较少，塑性较差，但在加热到２３０℃以上时仍表现出良好 的可挤压性。在本实验参数下，挤压出的杆材和板材表面良好，尺寸符合设计要求。
本文对挤压态镁合金杆材和板材进行了热处理，然后做了显微组织分析和力学性能 测试。结果表明挤压后的镁合金综合力学性能明显高于铸态，抗拉强度较铸态提高 ５０ＭＰａ以上，屈服强度提高３０ＭＰａ以上。延伸率提高５％以上：挤压后的镁合金显微组织 均匀细小，平均晶粒度在１５ ｐ ｍ以下，而挤压前的铸态组织晶粒度在８０ ｕ ｍ以上：热处 理对挤压态镁合金力学性能的影响因合金牌号不同而不同，对于ＡＺ９１板材而言，Ｔ４、 Ｔ６处理均降低其力学性能，挤压后Ｆ态性能最佳，而其它几种含锆合金Ｔ６态要好于Ｆ 态：断口分析表明ＡＺ６１板材的横向拉伸断口与纵向断口形貌有很大不同，横向断口韧 窝呈细条状，而纵向断口呈大小和深浅不一的圆形韧窝，这种断口形貌的差异证明材料 在挤压过程中晶粒有择优取向。其它几种镁合金挤压态断口皆表现为韧性断裂的特征， 室温断口与高温断口特征基本相同，分析表明由于挤压态镁合金室温塑性已经很好，所 以尽管高温下镁合金塑性进一步提高，但断口特征较室温下并无明显变化。
金属材料力学性能及实验
• 试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按 表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种
符号 HRA HRB
HRC
压头类型
金刚石圆锥 体
载荷/k g f
120
60
直径为
100
1.588mm钢
球
金刚石圆锥 150 体
硬度有效 使用范围 范围
70～85 适用于测量硬质合金、钢表、 淬火层或渗碳层
• 在小能量多次冲击破坏时，应进行多次重复冲击 • 试验测定其多冲抗力 • 材料制成专门的多冲缺口试样1放在多冲试验机 • 上，使之受到试验机锤头2的小能量（＜15J)多
次 • 冲击。测定材料在一定冲击能量下，开始出现裂 • 纹或最后破断的冲击次数作为多冲抗力指标
第四节 金属疲劳的概念
• 交变压力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力 • 金属的疲劳：在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉
第四节 金属疲劳的概念
• 交变压力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力 • 金属的疲劳：在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉
强度σb，甚至小于屈服点σs。的应力下失效（出现裂纹或 完全断裂）。 • 疲劳曲线：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值 σmax与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命） N的曲线关 系。 • 疲劳极限σ-1：材料可经受无数次应力循环而不失效的应力 值。 • 通常规定经受107循环周次而不失效的最大应力为钢铁的疲
• 断面收缩率：试样拉断处横截面积的减小量与原始横截面 积的百分比，Ψ
A1 A0100% A0
• 强度是表征材料变形抗力指标，而塑性是描述变 形能力的指标。
第二节 硬度及硬度试验
• 硬度：金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、 压痕或划痕的能力
金属材料的力学性能实验
金属材料的力学性能实验I．拉伸试验一、实验目的1．加深对强度、塑性以及拉伸曲线的理解；2．测定低碳钢的屈服点、抗拉强度、伸长率和断面收缩率。
二、实验设备及材料1．万能材料试验机；2．低碳钢拉伸试样。
三、实验原理拉伸试验应按《金属拉伸试验方法》(GB228—87)进行，施加载荷将试样拉伸，测量材料抵抗拉伸载荷作用时的各项性能指标。
拉伸试验所用试样应按《金属拉伸试验用试样》(GB6397—86)制取，常用圆形截面的短试样(见图1—1)。
试验机主要由加力和测力两个基本部分组成。
加力部分是给试样施力的装置，测力部分是将试样受力情况显示在表盘上的装置。
此外还有装夹装置和绘图装置，分别用来装夹试样和自动绘出拉伸曲线。
目前常用的液压摆锤针盘式万能材料试验机的结构如图1—12所示。
拉伸试验时，将试样安装在试验机上，开动机器缓慢施加拉伸力P，试样逐渐伸长△z，同时测力盘的指针指示出力的大小，自动绘图装置则绘出拉伸曲线，如图1—2所示，直至试样被拉断。
根据拉伸曲线、试样拉断后的标距ι1和缩颈处的最小横截面积S1，即可求出材料的强度和塑性指标。
四、实验步骤1．测量试样原始尺寸ι0和d0。
2．检查试验机各部分是否正常，然后将试样垂直夹持在试验机的上、下钳口内。
3．将测力盘指针调零，并调整好绘图装置。
4。
按下启动电钮，开始加力，注意观察试样在拉伸过程中的变形过程和测力盘指针的转动情况，并记录屈服力Ps和最大拉伸力Pb的值图1—12 万能材料试验机结构l一大活塞2一工作液压缸3一下夹头电动机4一渗油回油管5一送油阀6一液压泵7一电动机8一测力油管9一送油管10一回油阀11一测力液压缸12一测力活塞13一测力拉杆14一摆杆15一推杆16一测力盘5．试样拉断后，立即按下停止电钮，试验机停止工作。
6．取下拉断的试样，测量缩颈处的最小直径d1，并将试样断裂处紧密对接在一起，测量断后标距Z。
7．根据试验所得数据，计算的бsбbδψ值，并填人表1—5中。
国家开放大学《材料科学》金属材料的力学性能实验报告
国家开放大学《材料科学》金属材料的力学性能实验报告实验目的1. 掌握金属材料力学性能的基本测试方法。
2. 了解材料在不同温度和加载速度下的力学性能变化。
3. 分析实验结果，探讨材料力学性能与微观结构的关系。
实验原理金属材料的力学性能主要包括抗拉强度、抗压强度、弹性模量等。
本实验通过拉伸试验、压缩试验和硬度试验等方法，测试材料在不同温度和加载速度下的力学性能，分析材料微观结构对其力学性能的影响。
实验材料与设备1. 实验材料：低碳钢、不锈钢、铜等。
2. 实验设备：万能材料试验机、高温炉、硬度计等。
实验方法与步骤1. 拉伸试验：a. 按照国家标准制备试样。
b. 将试样装入万能材料试验机。
c. 以不同的加载速度和温度进行拉伸试验。
d. 记录应力-应变曲线，计算抗拉强度、弹性模量等参数。
2. 压缩试验：a. 按照国家标准制备试样。
b. 将试样装入万能材料试验机。
c. 以不同的加载速度和温度进行压缩试验。
d. 记录应力-应变曲线，计算抗压强度等参数。
3. 硬度试验：a. 按照国家标准制备试样。
b. 使用硬度计在不同温度下进行硬度测试。
c. 记录硬度值，计算硬度系数。
实验结果与分析1. 拉伸试验结果：- 低碳钢：抗拉强度约为400 MPa，弹性模量约为200 GPa。
- 不锈钢：抗拉强度约为500 MPa，弹性模量约为180 GPa。
- 铜：抗拉强度约为200 MPa，弹性模量约为110 GPa。
2. 压缩试验结果：- 低碳钢：抗压强度约为500 MPa。
- 不锈钢：抗压强度约为600 MPa。
- 铜：抗压强度约为300 MPa。
3. 硬度试验结果：- 低碳钢：硬度系数约为0.2。
- 不锈钢：硬度系数约为0.15。
- 铜：硬度系数约为0.1。
结论1. 金属材料的力学性能受微观结构影响显著。
2. 随着温度的升高，材料力学性能降低。
3. 加载速度对材料力学性能有一定影响，加载速度越高，材料力学性能越差。
建议1. 进一步研究材料微观结构与力学性能的关系，为材料设计提供理论依据。
沈阳理工大学 材料力学性能实验教学大纲
材料力学性能实验教学大纲大纲制定（修订）时间： 2010年10月课程名称：材料力学性能课程编号：050131004课程类别：专业基础课程课程性质：必修适用专业：材料成型及控制工程课程总学时：32实验（上机）计划学时：2开课单位：材料科学与工程学院一、大纲编写依据1.材料成型及控制工程专业2012版教学计划；2.材料成型及控制工程专业《材料力学性能》理论教学大纲对实验环节的要求；3.近年来《材料力学性能》实验教学经验。
二、实验课程地位及相关课程的联系1.《材料力学性能》是材料成型及控制工程专业重要的专业基础课程；2.本实验课程是《材料力学性能》课程的实践教学环节，3.本实验项目是《材料力学性能》课程综合知识的运用；4.本实验项目是理解材料的硬度测定原理和方法的基础；5.本实验以《金属工艺学》等为先修课；6.本实验为后续的专业课实验教学和毕业设计等有指导意义。
三、实验目的、性质和任务1.理解布氏和洛氏硬度测定的基本原理和方法，训练硬度测定的基本技能，掌握科学的实验方法；2.培养学生观察问题、分析问题和独立解决问题的能力；3.通过实验使学生能够正确使用硬度计等常用设备，训练学生的实验设计能力和动手能力；4.培养正确记录实验数据和现象，正确处理实验数据和分析实验结果的能力以及正确书写实验报告的能力；四、实验基本要求(1) 实验项目的选定依据教学计划对学生工程实践能力培养的要求；(2) 巩固和加深学生对布氏和洛氏硬度测定的基本原理和方法的理解，提高学生综合运用所学知识的能力；(3) 通过实验，要求学生做到：能够预习实验，撰写实验报告；(4) 学会常用硬度计的使用，完成相关实验；(5) 了解布氏和洛氏硬度的测量方法，能够独立分析实验数据。
五、实验内容和学时分配六、教材（讲义、指导书）：选用教材：《工程材料力学性能》，束德林编，机械工业出版社，2007实验指导书：材料力学性能实验指导书. 沈阳理工大学七、考核方法和评分标准；考核方法：按照实验指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习准备，实验过程的考查，实验操作情况及实验报告的质量，综合给出实验成绩。
5、力学性能试验作业指导书
力学性能试验作业指导书根据《锅炉安全技术监察规程》规定，锅炉受热面管子的对接接头，当材料为碳素钢时，可免作检查试件，当材料为合金钢时，在同钢号、同焊接材料、同焊接工艺、规范的情况下，从每批产品上切取，接头数的0.5%作为检查试件，但不得少于1套试样所需接头数。
在产品上直接切取检查试件确有困难的，可焊接模拟的检查试件。
1、试样的拉力试验1.1检查试件经过外观和无损探伤检查后，在合格部位制取试样。
需要返修检查试件的焊缝时，其焊接工艺应与产品焊缝的焊接工艺相同。
1.2管子对接接头的拉力试样应从检查试件上切取二个，试样的取样部位和尺寸见图。
对于水平固定或45O角倾斜固定的管子，其对接接头的检查试件应作重点标记。
对于垂直固定的管子，可随意切取。
1.3沿着管子纵部取管子，当管径小于76mm时，见图。
B取12mm。
1.4做试样上母材和焊缝表面的不平整部分用细锉锉平整。
当试件做好后，打开试验机两个旋钮向右开，拉开试验机底部的夹具把试样一端约100mm垂直的夹牢，然后开动试验机行程开关把上部夹具对准试件上部徐徐降落，拉开夹具夹牢试件。
然后开启试验机开关旋转上部的夹具往上移动，这样试验机表盘内的表针随着压力的不断增加而慢慢增加。
当表针在一定的刻度内停止了，那么所指的刻度就是抗拉强度值，MPa。
这时表针停止，然后试件却继续伸长，这伸长段，就是延伸率。
1.5试样的拉力试验按GB228《金属拉伸试验方法》规定，其合格标准如下。
焊接接头的抗拉强度不低于母材规定下限值。
全焊缝金属试样的抗拉强度和屈服点不低于母材规定值下限。
如果母材抗拉强度规定值下限大于490MPa，且焊缝金属屈服点高于母材规定值，则允许焊缝金属的抗拉强度比母材规定值下限低19.6MPa。
全焊缝金属试样的延伸率不小于伸长率（δS）规定值的80%2、试样的弯曲试验2.1管子的对接接头的弯曲试样应从检查试件上切取2个，1个面弯，一个背弯。
取样尺寸见表。
2.2试样的弯曲试验应按GB232《金属弯曲试验方法》规定进行。
钢材的力学性能试验作业指导书
钢材的力学性能试验作业指导书1、钢材标准、试验方法标准、检验项目及取样：1.1钢材应有出厂质量证明书或检验报告单，每批（捆）钢材均应有标牌，进厂时应按同一牌号、同一炉罐（批）号、同一规格、同一交货状态分批进行验收，验收内容包括查对标牌和外观检查，并按有关标准的规定抽取试样做力学性能试验，合格后方可使用。
1.2检验规则1.2.1钢板的检查、验收、复检与判定：应按GB/T247《钢板和钢带检验、包装、标志及质量证明书的一般规定》执行，每批钢板应是同一牌号、同一炉罐、同一规格、同一交货状态。
1.2.2从每批钢板中选取一张进行力学性能试验，取样应按GB/T2975《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》执行，先取3个试样进行抗拉强度、弯曲和伸长率的试验，结果如有一项不合格，再从末检验过的钢板中抽取一张进行复检，如仍有一项不合格，则该批即判定为不合格。
如试验合格再抽取一张进行复检合格则该批判定为合格。
1.2.3型钢的检验则应按GB2102《型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定》执行，型钢按GB/T2975标准取样，从每根型钢中取3个试样进行抗拉强度、弯曲和伸长率的试验，当有一项试验结果不符合规定时，应另取双倍数量的试样重做各项试验，当仍有一个试样不合格时，则该批型钢为不合格。
双倍数量的试样重做各项试验均合格则该批判定为合格。
2、钢材力学性能试验方法：2.1收样：2.1.1样品挂牌编号，送检单编号。
2.1.2测量样品尺寸。
2.1.3技术标准：必须符合GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》与GB/T232《金属弯曲试验方法》。
2.2拉伸试验：试验目的：试验测定钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率等，是为了评定钢材质量。
2.3仪器设备：2.3.1 WDW-100微机控制电子万能试验机，示值误差在±1%，达到试验机检定的1级精度；有加载调速装置；有数据记录或显示装置；由计量部门定期进行检定。
2.3.2标点划分器、游标卡尺2.4试验步骤：钢材拉伸与弯曲试验框图2.5性能的测定：2.5.1屈服强度的测定：对有显著屈服现象的钢材应测定其屈服强度。
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工程力学实验指导书及实验报告
李洋编
专业：
班级学号：
姓名：
沈阳理工大学应用技术学院
金属材料力学性能实验指导书
~ 学年度第学期
4
目录
实验一拉伸实验 (1)
实验二扭转实验 (4)
学生实验须知
1．实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。
2．按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。
3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。
4．保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。
5．实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。
实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。
6．实验过程中，若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。
7．实验过程中，同组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据；
8．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。
不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。
9．实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。
10．实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。
实验一拉伸实验
一实验目的
1 测定低碳钢拉伸过程中的上屈服强度R eH、下屈服强度R eL、抗拉强度R m；
2 测定铸铁在拉伸过程中的抗拉强度R m；
3 计算低碳钢和铸铁拉伸后的断后伸长率和断面收缩率；
4 观察低碳钢和铸铁两种不同材料的拉伸过程，分析比较差异；
二实验设备
1 电子万能试验机
图1电子万能试验机
2 游标卡尺
图2 游标卡尺
三试样
图3试样
原理一：在材料拉伸的过程中，得到的曲线是力与位移关系曲线，低碳钢具有良好的塑性，低碳钢断裂前明显的分成四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段。
弹性阶段，材料的应力与应变呈线性关系。
屈服阶段，曲线出现锯齿状，在小范围内波动，表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。
国标GB/T 228－2002定义上屈服强度R eH为试样发生屈服而力首次发生下降的最高应力。
上屈服极限数值与试样的形状、加载速度等因素有关，一般是不稳定的。
下屈服强度R eL为在屈服期间不计初始瞬时效应时的最低应力。
下屈服极限则有比较稳定的数值，能够反应材料的性能。
通常把下屈服极限称为屈服极限或屈服点。
屈服阶段的开始是材料进入塑性的标志。
强化阶段，曲线开始上升，材料恢复了抵抗承载能力，但应力－应变不再符合虎克定律，此阶段塑性变形是沿轴向均匀分布的。
强化阶段中的最高点所对应的应力是材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉强度。
它是衡量材料强度的另一重要指标。
在强化阶段中，试样的横向尺寸有明显的缩小。
缩颈阶段，载荷达到最大点以后材料的塑性变形开始在局部进行，局部截面急剧收缩，承载面积迅速减小，试样承受的载荷很快下降直至断裂，断裂后试样的弹性变形消失，塑性变形则永远保留在破断的试样上。
原理二：铸铁拉伸时的应力-应变关系是一段微弯曲线，没有明显的直线部分。
它在较小的拉应力下就被拉断，没有屈服和缩颈现象，拉断前的应变很小。
铸铁是典型的脆性材料。
铸铁拉断时的最大应力即为其抗拉强度。
因为没有屈服现象，抗拉强度是衡量铸铁的唯一指标。
原理三：在弹性范围内卸载，曲线沿原路径返回，试样恢复原来尺寸，没有任何残余变形，在此范围内，材料符合虎克定律，应力－应变呈线性关系，如果在强化阶段卸载，卸载路径与弹性段的直线段平行，卸载后如果重新加载，加载曲线仍与弹性段的直线段平行，比例极限明显提高，而材料的塑性性能相应下降，这个现象称作冷作硬化。
1 试样尺寸
2 强度和塑性指标
3绘制低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与位移曲线。
六思考题
1 通过哪两种指标反映金属材料的塑性性能？
实验二 扭转实验
一 实验目的
1 测定低碳钢扭转时的上屈服强度su τ、下屈服强度sl τ、抗扭强度b τ。
2 测定铸铁扭转时的抗扭强度b τ。
3 观察比较低碳钢和铸铁扭转过程中的变形规律，比较差异。
4 了解扭转试验机的结构原理，掌握扭转试验方法。
二 实验设备
1 微机控制扭转试验机
图1 微机控制扭转试验机
2 游标卡尺
图2 游标卡尺
三试样
金属的扭转试样应采用标准圆试样。
标距部分直径、长度的具体要求可参考国家标准GB/T10128—1988。
图3 试样
四实验原理
原理一：
材料的扭转过程可以用T-φ曲线来描述。
T代表施加在试样上的扭矩，φ代表试样的扭角。
低碳钢扭转时有明显的三个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段），直至切断试样尺寸不发生改变。
弹性阶段扭矩与扭角呈线性规律变化，满足材料的剪切虎克定律。
屈服阶段曲线呈锯齿形波动，由上、下屈服扭矩来表示，上屈服扭矩T su定义为扭转实验中首次发生下降的最大扭矩，下屈服扭矩T sl定义为屈服阶段最小的扭矩，随着扭角的增加扭矩也随着缓慢的增加。
材料进入强化阶段，随着扭矩的增加材料将产生较大的塑性变形。
当扭矩达到材料的最大扭矩时，试样被切断，曲线的峰值对应纵坐标称为抗扭扭矩T b。
原理二：低碳钢的扭转屈服过程是由表面至圆心逐渐进行的，当横截面的应力全部屈服后，试样才全面进入塑性，此时截面上的应力不再是线性分布的。
原理三：因为没有屈服现象，铸铁只测定抗扭扭矩。
五实验结果
1 试样尺寸
2强度指标
3 绘制低碳钢和铸铁在扭转过程中的T-φ曲线。
六思考题
1 试说明低碳钢和铸铁在扭转过程中的断面形式有什么不同？。