材料力学性能综合实验指导书

《材料力学性能》

实 验 指 导 书

邹家生 编 写

适用专业： 焊接技术与工程

2006年 7月

江苏科技大学材料科学与工程学院

前 言

本课程是焊接技术与工程和金属材料工程专业的专业基础课，其目的是从各种机件或构件最常见的服役条件和失效现象出发，了解失效现象的微观机理，提出衡量材料失效抗力的力学性能指标，使学生了解这些主要指标的物理意义、技术意义和某些指标的测试方法，了解这些指标间的相互联系，初步分析内在因素(成分、组织、冶金质量、残余应力等)和外在条件(载荷性质、应力状态、加载速度、环境温度及介质等)对它们的影响。从而为正确和合理使用金属材料提供依据，为研制新材料、改进和开发冷、热加工新工艺，充分发挥材料性能潜力指明方向，并为机件或构件的失效分析提供一定基础。

为了使学生更好地理解和深刻地把握这些知识，并在此基础上，训练和培养综合运用所学专业课的能力，设置了“金属光滑试样静拉伸试验”和“系列冲击试验”两个实验，使生掌握金属拉伸性能指标（重点为规定非比例伸长应力和规定残余伸长应力）的测试方法，了解光滑拉伸试样的制备要求，学会正确使用金属拉伸试验设备和仪器；同时要求学生掌握常温及低温下金属冲击试验方法，了解冲击试样的制备要求，能用能量法或断口形貌法确定金属冷脆转变温度tk的方法，了解冲击试验机结构、工作原理及正确使用方法。

实验1： 金属光滑试样静拉伸试验

实验学时：2

实验类型：（验证、综合、设计） 实验要求：（必修、选修） 一、实验目的

掌握金属拉伸性能指标（特别是Rp0.2）的测定方法，加深对拉伸性能指标物

理意义的理解。 二、实验内容

1．试样的准备

（1）将领取的试样打上印记，并将材料，热处理状态填入附表内。 （2）测量试样尺寸，用精度为0.02mm的游标卡尺测量试样直径（同一截面相互垂直的两个方向各量一次，至少测量3个截面），计算平均直径并以最小平均直径计算横截面积，填入附表内。

（3）在试样标距上打冲眼，并用划针或划线机画线，将标距范围内 的试样分成10等分，轻轻打上标点。测量标距距离，记入附表内。 2．试验设备的准备

（1）了解所用设备的基本原理，认识所用设备的性能、用途特点。 （2）学习设备操作规程、安全事项和操作方法、熟悉CMT5205电子万能试验机软件界面。

（3）调整好所用设备。

图1-4 拉伸试样图

3．进行试验

安装45钢调质试样，力值调零，安装电子引伸计，设置拉伸速度（屈服前应力增加速度应控制在每秒10N/mm2,屈服后，试验机活动夹头在载荷作用下的移动速度不大于0.5Lc/min）进行拉伸试验。在拉伸过程注意观察F-ΔL、R-ε、F-t曲线，分析其形状及形成机理。当Rp0.2或Fp0.2测出后，卸下位移传感器，再将试样拉断。

4．测量拉断试样的Lu及Su，打印、处理拉伸曲线，分别求出Fp0.2、Fm值，填入附表中。

5．计算试验结果。 三、实验原理、方法和手段

本试验主要测定金属材料的ReH或ReL、Rp0.2、Rm、A和Z等性能指标。根据国家标准GB228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》，上述性能指标的测定方法如下：

1．上屈服点ReH、下屈服点ReL

具有物理屈服现象的金属材料，其拉伸曲线的类型如图1-1所示。

F

F

(a

)

(b

)

F

F

(c)

(d

)

图1-1 具有物理屈服现象金属材料的拉伸曲线 a)具有屈服平台的曲线 b)、c)、d)具有上下屈服点的曲线

上屈服点ReH试样发生屈服而试验力首次下降前的最大应力。

ReH=FeH/S0 (N/mm2)

下屈服点ReL当不计初始瞬时效应（指在屈服过程中试验力第一次发下降）时屈服阶段中的最小应力。

ReL=FeL /S0 (N/mm2)

FeH和FeL等试验力值可用两面种方法来测定。

（1）图解法 试验时用自动记录装置绘制力-伸长曲线图（见图1-1）或力-夹头位移曲线图。然后从曲线上确定相应的试验力值。

（2）指针法(液压万能试验机) 试验时观察拉伸试验机测力度盘的指针，当指针停止转动时的恒力或指针首次回转前的最大试验力，或不计初始瞬时效应的最小试验力，即分别为Fsu和FsL。

2．规定非比例伸长率为0.2%时的强度Rp0.2

对于无明显屈服现象的材料，则应测定其规定非比例延伸强度，用以表征材料在试验力作用下抵抗微量塑性变形的抗力。本实验测定Rp0.2。

Rp0.2=Fp0.2/S0 (N/mm2)

式中，F p0.2为规定非比例伸长率为0.2%时规定非比例伸长力。

F p0.2可用图解法、卸力法和电子万能试验机自动测定。图解法：在拉伸过程中绘制具有足够大倍数的力-伸长曲线（见图1-2）。曲线高度应使规定非比例伸长的力值Fp0.2处于力轴的1/2以上。伸长放大倍数n的选择应使图中OD段长度不小于5mm。自弹性直线段与横座标轴的交点O起，截取一段相应于规定非比例伸长的OD（OD=0.2%Len,Le为引伸计计算距）。过D作弹性直线段的平行线DB,交曲线于B点，B点所对应的力值即Fp0.2。

图1-2 Fp0.2的确定

3．抗拉强度Rm

将试样加载至断裂，由测力度盘或拉伸曲线上读出试样拉断前的最大载荷Fm，Fm所对应的应力即为抗拉强度Rm。

Rm=Fm/S0 (N/mm2)

4.断后伸长率A

试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比，即

A=(Lu-L0)/L0 *100%

式中，L0为试样原始标距，Lu为试样拉断后的标距。

由于试样断裂位置对A有影响，其中以断在正中的试样伸长率最大。因此，测量断后标距部分长度Lu时，规定以断在正中试样的L1为标准，若不是断在正中者，则应换算到相当于在正中的Lu。

为此，试样在拉伸前应将标距部分划为10等分，划上标记。测量Lu时分为两种情况：

（1）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Lu；

（2）如果拉断处到邻近标距端点的距离小于1/3L0，要用移位法换算Lu。如图1-3所示。

①如N-n为奇数(图1-3-a), Lu =XY+YZ’+YZ” ②如N-n为偶数(图1-3-b), Lu =XY+2YZ -2-

a)

b)

图1-3 用移位法确定Lu

5．断面收缩率Z

断面收缩率Z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

Z=(S0-Su)/S0 *100%

式中，S0和Su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（mm2）。

测定Su的方法对于圆柱试样在缩颈最小处两个互相垂直方向上测其直径，然后取其算术平均值。 四、实验组织运行要求

分组集中进行，每组8-11人左右，要求学生动手参与实验，记录实验中相关数据，实验结束由学生写出相应的实验报告，完成实验大纲要求的内容。 五、实验条件

（1）CMT5205电子万能试验机。

（2）画线机、游标卡尺、手锤、冲头等。 六、实验步骤

参见实验内容。 七、思考题

1．对于同一试样，在规定伸长率相同的条件下，为何规定非比例伸长应力σ和规定残余伸长应力σr常常不一致？

2．为什么要采用规定微量塑性伸长应力指标？ 八、实验报告

实验报告簿应事先准备好(校园内有售)，要求思考题也在实验报告中完成。 九、其它说明

学生应严格遵守实验室管理的 …… 此处隐藏：4789字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……