《材料力学性能》实验指导书2剖析

1、实验一 金属材料硬度实验一、实验目的1、了解布氏硬度和洛氏硬度的测定方法。2、掌握布氏、洛氏硬度试验计的基本构造和操作方法。二、实验内容及步骤1、布氏硬度的测定布氏硬度的测定在 HB-3000型布氏硬度机上进行。（1）实验原理布氏硬度数值通过布氏硬度试验测定。布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球 或硬质合金球）以相应的试验力压入被测材料或零件表面，经规定保持时间后卸除试验 力，通过测量表面压痕直径来计算硬度的一种压痕硬度试验方法。布氏硬度值是试验力除以压痕球形表面积所得的商。使用淬火钢球压头时用符号 HBS使用硬质合金球压头时用符号HBW计算公式如下：HBS（ HBVV =0.102式中：F

2、试验力（N）;D球体直径（mr）i ；d压痕平均直径（mm。由上式可以看出，当 F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径 d的大小有关。所以在 测定布氏硬度时，只要先测得压痕直径 d,即可根据d值查有关表格得出 HB值，并不需 要进行上述计算。国家标准GB231-1984规定，在进行布氏硬度试验时，首先应选择压头材料，布氏硬 度值在450以下（如灰铸铁、有色金属及经退火、正火和调质处理的钢材等）时，应选 用钢球作压头；当材料的布氏硬度值在450650时，则应选用硬质合金球作压头。其次是根据被测材料种类和试样厚度，按照表1 1所示的布氏硬度试验规范正确地选择压头直径D、试验力F和保持时间t。布氏硬度

3、习惯上只写出硬度值而不必注明单位，其标注方法是，符号HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件：球体直径、试验力，试验力保 持时间（1015s不标注）例如：120HBS10/1000/30，表示直径10mm钢球在9.80KN（ 1000kgf ）的试验力作用下，保 持30s测得的布氏硬度值为120。500HBW5/75Q表示用直径5mm的硬质合金球在 7.35KN（ 750kgf ）试验力作用下，保 持1015s测得的布氏硬度值为 500。布氏硬度值的测量误差小，数据稳定，重复性强，常用于测量退火、正火、调质处 理后的零件以及灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等毛坯或半

4、成品（2）操作前的准备工作a. 选定压头擦拭干净，装入主轴衬套中；b. 选定载荷，加上相应的砝码；c. 确定持续时间，把圆盘上的时间定位器（红色指示点）转到与持续时间相符的位 置上。（3）操作顺序a. 接通电源，打开指示灯；b. 将试样放在工作台上，顺时针转动手轮，使压头压向试样表面直至手轮打滑为止；c. 按动加载按钮，即加载开始，当达到所要求的持续时间后，圆盘转动即自行停止，尔后自动卸载；d. 逆时针转动手轮降下工作台，取下式样用读数显微镜测出压痕直径d值，查表即得出HB值。2、洛氏硬度的测定洛氏硬度的测定在 HR-150A型洛氏硬度机上进行。（1 ）实验原理洛氏硬度试验是在初始试验力F0及

5、总试验力F1的先后作用下，将压头（金刚石圆锥或钢球）压入被测材料或零件表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残 余压痕深度增量计算硬度值的一种压痕硬度试验方法。实际测定时，试件的洛氏硬度值 由硬度计的表盘上直接读出，材料越硬，则表盘上示值越大。为了便于用洛氏硬度计测定从软到硬较大范围的材料硬度，根据被测试对象的不同，国家标准GB/T230-1991规定可采用不同类型压头、试验力及硬度公式，组合成为不同的 洛氏硬度标尺。现将常用的三种洛氏硬度标尺的硬度符号、试验规范列于表1，以供参考。表1常用洛氏硬度试验规范（摘自 GB/T 230-1991）洛氏硬 度标尺硬度符号测量 范围初试验力F0

6、/N主试验力F1/N总试验力F/N压头类型应用举例AHRA208898.07490.3588.4金刚石 圆锥硬质合金 表面淬火层渗碳层等BHRB2010098.07882.6980.71.5875mm钢球有色金属退火钢正火钢CHRC207098.0713731471金刚石 圆锥调质钢 淬火钢等以上三种常用洛氏硬度中，以 HRC应用最多，一般经过淬火处理的零件和工具都用 他测试硬度。洛氏硬度测定简单，方便快捷，可直接从表盘上读出硬度数值，压痕小，多用来测 较硬材料的硬度或成品零件硬度；测试范围大，能测较薄零件的硬度。但由于压痕小， 测定结果波动较大，稳定性较差，故需测试三点，取其算术平均值，一般

7、不适宜测试组 织不均匀的材料。（2）操作顺序a.选择压头和载荷，并将压头装入实验机；b 试样放在式样台上，顺时针转动手轮，使试样与压头缓慢接触，直到表盘小指针 指至“0”为止，此时已预加载荷10kg，然后将表盘大指针调至零点；c 按动按钮，加主载荷。当表盘中大指针反向旋转若干格并停止时，保持3-4秒再顺时针旋转摇柄，直到自锁为止，即卸除主载荷。此时大指针退回若干格。指针所指 的位置为洛氏硬度值，HRA HRC读外圈黑刻度，HRB读内圈红刻度。d 逆时针旋转手轮，取出试样，测试完毕。三、实验设备器材1、布氏硬度机洛氏硬度机2、读数放大镜3、试样：45钢 正火态 30X 10 T10钢 淬火态 3

8、0X 10四、实验注意事项1、要求试样表面平整，两端平行，用砂纸去氧化皮和油污。2、洛氏硬度机金刚石压头属贵重物件，质硬而脆，严禁碰击。3、加载时细心操作，以免损坏机件。实验二金属材料冲击实验一、实验目的(1) 了解冲击韧性的含义；(2) 测定钢材的冲击韧性；二、实验原理概述材料在冲击载荷作用下，产生塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，称为材料的 冲击韧性。用实验方法测定材料的冲击韧性时，是把材料制成标准试样，置于能实施打 击能量的冲击试验机上进行的，并用折断试样的冲击吸收功来衡量。冲击试验机由摆锤、机身、支座、度盘、指针等几部分组成。实验时，将带有缺口 的受弯试样安放于试验机的支座上，举起摆

9、锤使它自由下落将试样冲断。若摆锤质量为G,冲击中摆锤的质心高度由 Hi变为H2,势能的变化为 G(H, - H2)，它等于冲断试样所消耗的功，即冲击中试样所吸收的功为Ak =G(HH2)图1冲击韧性试验原理图Ak可由指针指示的位置从度盘上读出。Ak值越大，表明材料的抗冲击性能越好。Ak值是一个综合性的参数，不能直接用于设计，但可作为抗冲击构件选择材料的重要指 标。冲击试验的主要用途：(1) 评价材料对大能量一次冲击载荷下破坏的缺口敏感性；(2) 检查和控制材料的冶金质量和热加工质量；材料的内部缺陷和晶粒大小对Ak值有明显影响，因此可用冲击实验来检验材料质量，判定热加工和热处理工艺质量。(3)

10、评定材料在高、低温条件下的韧脆转变特性。冲击过程所消耗的能量，除大部分为试样断裂所吸收外，还有一小部分消耗于机座 振动等方面，只因这部分能量相对较小，一般可以忽略。但它却随着实验初始能量的增 大而加大，故对 Ak值原本就较小的脆性材料，宜选用冲击能量较小的试验机。三、实验仪器及材料冲击实验机实验用材料：45钢淬火、45钢正火、HT150冲击试样要求:冲击韧性Ak的数值与试样的尺寸、缺口形状和支承方式有关。为便于比较，国家标 准规定两种形式的试样： U型缺口试样；V型缺口试样。图2 U型缺口试冲击时，由于试样缺口根部形图高度应力型缺口试成较多的能量，缺口的深度、曲 率半径及角度的大小都对试样的冲

11、击吸收功有影响。为保证尺寸准确，缺口应采用铣削、 磨削加工，要求缺口底部光滑，无平行于缺口轴线的刻痕。试样的制备亦应避免由于加 工硬化或过热而影响其冲击性能。四、实验内容与步骤(1) 检查试样的形状、尺寸及缺口质量是否符合标准的要求；(2) 空打试验： 举起摆锤， 试验机上不放置试样， 然后释放摆锤空打， 调整指针回零；(3) 用专用对中块， 使试样贴紧支座安放， 缺口处于受拉面，并使缺口对称面位于两 支座对称面上；(4) 将摆锤举高挂稳后，摆锤下落冲断试样。待摆锤回落至最低位置时，进行制动， 记录度盘的指示值。实验注意事项：(1) 在摆锤摆动范围内，不得有任何人员活动或放置障碍物，以确保安全。(2) 不带保险销的机动冲击试验机或手动冲击试验机， 在安装试样前， 最好先把摆锤 用木块搁置在支座上，试样安装完毕再举摆。(