2023年材料性能学实验报告

材料性能综合实践

指导书

姓名：谭秀熊

学号:__________________

班级：材料科学1003

指导教师：李巍

福建工程学院・材料科学教研室

2023年12月

实验一拉伸及压缩实验

一、实验目的

1、观测分析低碳钢、铸铁、黄铜、工程塑料拉伸过程及实验现象；

2、测定低碳钢拉伸时的弹性模量E、屈服极限。s、强度极限。口延伸率3、截面

收缩率帆用引伸计测定塑性材料的弹性模量；

3、观测分析比较不同材料的实验过程及实验现象；

4、结识典型塑性材料力学性能特点和断裂特性；

5、掌握万能材料实验机的基本操作；

二、实验设备及试样

1、微机控制电子万能实验机游标卡尺

2、低碳钢、铸铁、Q235、45钢拉伸试样（一般为圆形截面），10=10d=100m

m,将1。十等分，用画线刻划圆周等分线

三、实验原理及方法

1、屈服极限。S及强度极限。b的测定

试样加载时到达屈服阶段时，低碳钢的P——曲线呈锯齿形。与最高载荷相应的应力

称为上屈服极限，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。同样,载荷初次

下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标,一般把初始瞬时效应之后的最低载荷

Ps相应的应力作为屈服极限。S。由于进入屈服阶段时，示力指针停止前进,并开始倒退，

这时应注意指针的波动情况，捕获指针所指的最低载荷Ps。以试样的初始横截面面积Ao

除Ps,即得屈服极限。

os=PS/Pb

屈服阶段过后，进入强化阶段,试样又恢复了承载能

力。载荷到达最大值Pb时，试样某一局部的截面明

显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力度盘的从动

针停留在已不动,积极针则迅速倒退,表白载荷迅速

下降，试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积M除Pb,即得强度极限。

。b=pb/pb

2、延伸率及断面收缩率的测定

试样的标距原长为1。，拉断试样后将两端试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长

为1“延伸率为=(11。/1°)X100%。断口附近的塑性变形最大，所以L的量取与

断口的位置有关。如断口发生于1。两端或在1。之外,则实验无效，应重做。若断口距

一端的距离Wlo/3,则按下述断口移中法测定1,..在拉断后的长段上，由断口处取约等于短

段的格数得B点，若剩余格式数为偶数，取其一半得C点，八8长为2,1?。长为b则匕

=a+2b。当长段剩余格数为奇数，取剩余格数减一后的一半得C点，加一后的一半得C1

点,AB；BC,BG的长度分别为a,bl,b2,则L=a+bl+b2.

试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A,由于断口不是规则的圆形，应在两个

互相垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A,然后按下式计算断面收缩率。

©=(A0-A

/AO)X100%

c1

断口

四、实验环节

1启动实验机,打开测试桌上的testexpest图标,然后出现登陆界面

具体运营是一方面启动实验操作中电脑图标进行联机,随后其右侧圆形图标会变绿，下方

也出现了数值的变化，再点击绿色图标进行启动,这时整个系统会发出响随后整个界面灯

会亮起，此时可以进行实验操作。

3安装试件,启动升降马达,注意界面右下角类似于把手的图标,可点击其进行机器高速和

低速的升降运转。调整工作台到适当高度至下而上装上夹头和试件，并使试件安装牢固且

垂直，安装弹性引伸计,用于测定弹性模量

4进行实验

(1)开动绿色按钮，实验机缓慢匀速加载。

(2)发生屈服后，继续加载直至试件断裂，在断裂前注意观测颈缩现象，实验断裂后停机。

(3)取下试样，将断裂试件的两段对齐并尽量挤紧,用游标卡尺测量拉断后的试件标距1„

并对接好断口，分别测量试件断口处的直径，在互相垂直的方向上各测一次,取平均值作为该

处的直径。计算试件断口处的横截面面积A1,。

(4)打印或导出所需数据进行解决。

五、数据记录和解决

试样名称：铝合金

实验前实验后

试标距lo(mm)100.00标距lo(mm)110

样直径do(mm)9.90直径do(mm)6.40

尺

截面面积Ao(mm2)76.97截面面积Ao(mm2)32.16

寸

试

样

简

图lijLJ

屈服载荷Ps24.412=。烟。屈服极限。s=317.163N/mm

最大载荷Pb=24.412KN。。强度极限。b=317.163Mpa

断后伸长率6=10%8。断面收缩率4>=58.2设

试样名称:灰铸铁

实验前实验后

试标距lo(mm)100.00标距lo(mm)100.00

样直径d(>(mm)10直径do(mm)10

尺

截面面积Ao(mm2)78.53截面面积A。(nW/)78.53

寸

a

试

样

简

图

最大载荷Pb=18.24。6105KN-。强度极限。b=232.357Mpa

断后伸长率8=»0»»断面收缩率小=0

试样名称：45钢

实验前实验后

试标距lo(mm)100标距1o(mm)121.4

样直径do(mm)9.98直径d。(mm)7.00

尺

截面面积Ao(mm2)78.22截面面积Ao(mm?)38.48

寸

屈服载荷Ps=3L517193KN屈服极限°s=402.93Mpa

最大载荷Pb=53.251102KN强度极限。b=680.79Mpa

断后伸长率6=21.4%。。断面收缩率6=50.80%

试样名称:Q235钢

实验前实验后

试标距lo(mm)100标距lo(mm)133.00

样直径do(mm)9.98直径do(mm)5.70

尺

截面面积AGum?)78.22截面面积Ao(mm2)25.51

寸

试

■••

样X

简

图

屈服载荷Ps=233.70664KN“屈服极限。s=298.781Mpa

最大载荷Pb=360.21980KN。。强度极限。b=460.521Mpa

断后伸长率8=33%必断面收缩率6=67.38%

0104050

位移/mm

实验二材料的压缩实验

一、实验目的

1、测定铸铁的抗拉强度极限与低碳钢压缩时的屈服极限；

2、观测铸铁和低碳钢压缩时的破坏现象，比较塑性材料和脆性材料机械性质的区别;

3、学习、掌握万能实验机进行压缩时的使用方法及工作原理。

二、实验设备

1、电子万能实验机；

2、游标卡尺。

三、实验试件

本实验所用的压缩试件为圆柱形试样（低碳钢、铸铁）如下图所示:

四、实验原理

1、压缩实验装置

压缩实验在电子万能实验机上进行。

2、规定总压缩力。tc的测定

试样压缩时，其标距的总压缩变形（弹性和塑性变形之和）达成规定的原始标距比例时的应

力，即为规定总压缩应力。

3、压缩屈服点。sc的测定

试样压缩时，当达成力不再增长而仍然继续变形所相应的应力即为压缩屈服点。

4、抗拉强度。bc的测定

试样压缩至破坏过程中的最大应力即抗压强度。

五、实验环节及注意事项

1、试样准备：压缩试件应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。取用三处直径测

量值的算术平均值和三处高度测量值的算术平均值，作为试件的宽度和高度。

2、实验机准备。

3、安装夹具，放置试件：根据试样情况选择弯曲夹具，安装到实验机上，检查夹具,设立好

跨距，放置好试件。

4、开始实验。

5、记录数据。

6、实验结束:实验结束后，清理好机器，关掉电源。

六、实验结果解决

铸铁:压缩前试样尺寸:d=14.76mm,h=19.9Omm

压缩后：d=23.40mm,h=8.74mm

铸铁抗拉强度：815n/mm2

Q235:压缩前试样尺寸：d=9.76mm,h=15.02mm

压缩后：d=ll.40mm,h=12.62mm

Q235:抗拉强度：1930n/mm2

实验三材料的弯曲实验

一、实验目的

1.采用三点弯曲对矩形横截面试件施加弯曲力,测定其弯曲力学性能;

2.学习。掌握万能实验机的使用方法及工作原理。

二、实验设备

1.万能实验机

2.游标卡尺

三、实验试件

实验所用试件如下图所示，试件截面为矩形，其中，b为实际宽度,h为试件高度,1为

试件长度

四、实验原理

1.三点弯曲实验装置

图为三点弯曲实验的示意图。其中,F为所施加的弯曲力，Ls为跨距，f为挠度。

F

——---------

2.最大弯曲应力。bb的测定

2bb=FbbLs/4w

其中，。M为最大弯曲应力,Ab为最大弯曲力,w为试件的抗弯截面系数，W-bh2/6

五、实验环节及注意事项

1.试件准备:矩形横截面试件应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。取用

三处高度测量值的算术平均值得算术平均值，作为试件的宽度和高度。

2.实验机准备

3.安装夹具，放置试件：根据实验情况选择弯曲夹具，安装到实验机上，检查夹具,

设立好跨距，放置好试件。

4.开始实验

5.记录数据

实验结束:实验结束后，清理好机器，关断电源。

弯曲跨度L=180mm

截面尺寸b=l0.02mm

h=2.96mm

抗弯截面系数:归bh'2/6=14.631872mnT3

最大弯矩M=PL/4=10.584315N.m

弯曲强度6bb=M/W=723.373Mpa

实验四硬度实验

一、实验目的

1.了解布氏硬度、洛氏硬度计的使用方法

2.初步掌握布氏硬度和洛氏硬度的测定方法

3.通过实验巩固和加深对布氏硬度和洛氏硬度的测定原理、测定方法和应用范围的

结识

二、实验设备及材料

HB—3000B型布氏硬度计、HR150A型洛氏硬度计-、读数显微镜、式样（灰铸铁、

W18Cr4V,Crl2等）一组

三、实验原理及环节

（一）布氏硬度实验

1、实验原理

,,c…2P

Hb=P/F=五而二备三系公斤力/毫米2

P：所加载荷F：凹痕表面积D：钢球直径d:凹痕直径

2、实验环节

1）、清理试样表面，光洁度不低于a6

2）、根据给定的试样国际GB231,选择载荷大小与钢球直径及载荷连续时间，并调节硬度

实验机。

选择时应注意试样厚度不小于凹痕深度的10倍，凹痕直径d在0.25D~0.60P

之间,否则应改选相应的钢球和负荷,重新实验。

3）、将试样放在工作台上，转动手轮，是工作台缓慢上升，试样与压头接触，直到手轮与

其中的螺母滑动为止。

应注意：压头中心到试样边沿距离不小于2.5d,相邻两凹痕中心距离应不小于4d。

实验时,先打开电源开关,接通电源,此时电源指示灯亮,然后启动按钮开关,加上负荷，

自动保持预定期间后又自动卸下负荷。

4）、反转手轮，将工作台下降，取下试样。

5）、用读书显微镜测定凹痕直径d（nun）。用d值核对照表或代入公式求得布氏硬度。

6）、整理实验机及工具、试样，并整理测得数据，填写实验报告

（二）、洛氏硬度实验原理及实验环节

1.洛氏硬度实验原理

以直径L588nlm的钢球或锥顶角为120。的金刚石椎体为压头，在一定载荷（涉及预

载荷10Kg和一定的主载荷）作用下，垂直压入试样表面，卸去主载荷，在保存预载荷情

况下,测量残余压入深度h毫米,按下式计算硬度值,或从表上读出

h

HRC=-----（总载荷150Kg）

0.002

h

HRB=130---------（总载荷60Kg）

0.002

2.实验环节

1）、清理试样表面，根据试样形状选择合适的工作台

2）、根据材料的大体硬度，按照国际规定选择压头种类和负荷大小，并调节实验机

3）、转动升降手轮，使试样的被测表面与压头接触,继续缓慢转动手轮使投影屏上的基线

与一定标准线重合，此时即加上lOKg预载荷

4）、扳动操作手柄，加上主载荷。

5）、将操作手柄反向扳动，卸除主载荷。此时投影屏上横线对标准尺的数字（或刻度值）

即为洛氏硬度值

6）、反转升降手柄，取下试样.

7）、整理实验机及工具、试样，并整理测得的实验数据。

四、数据解决

（一）、布氏硬度实验

1、硬度计型号：HB3000

试样材料及试样厚度钢球直径负荷P负荷保持时间凹痕直径布氏硬度值

热解决状态（mm）（mm）(Kgf)（秒）d（mm）（HB）

灰铸铁（退

60103000104.501179

火，淬火）

灰铸铁（退10

603000104.605170

火，淬火）

灰铸铁（退

60103000104.965145

火，淬火）

2、实验结果记录

（二）、洛氏硬度实验

1、硬度计型号：HR—150A

2、实验结果记录

试样材料及洛氏压预主总相称布

头洛氏硬度值

热解决状态硬度载我我氏硬度

尺

(HB)

荷

荷

荷

类

平均

3

2

号1

型

6

6

金

62.

Cr4V

W18

5.

2.

710

HRC

3

63.

刚

5

回火）

（低温

0

5

石

金

12

Cr

22.

22

HRC

20

22

235

140

10

150

刚

5

）

回火

（低温

石

验

性实

击韧

的冲

材料

五

实验

的

实验目

一、

较。

行比

，并进

情况

破坏

观测

度，

击韧

料冲

等材

黄铜

铁，

钢,铸

低碳

测定

1.

2.掌握JB-30OB型摆锤式冲击实验机的操作原理。

二、实验设备

1、济南时代试金仪有限公司生产的JB-3OOB型摆锤式冲击实验机。

2、游标卡尺

三、试样的制备

若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。本次实验采用

U型缺口冲击试样。其尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图1—2。加工缺口试样

时,应严格控制其形状、尺寸精度以及表面粗糙度。试样缺口底部应光滑、无与缺口轴线平

行的明显划痕。

四、实验原理

冲击实验运用的是能量守恒原理,即冲击试样消耗的能量是摆锤实验前后的势能差。实

验时，把试样放在图1-2的B处，将摆锤举至高度为H的A处自由落下,

冲断试样即可。

摆锤在A处所具有的势能为：

E=GH=GL(l-c0sa)

(1—1)

冲断试样后,摆锤在C处所具有的势能为：

Ei=Gh=GL(l-cos3)o

(1-2)

势能之差E-Ei,即为冲断试样所消耗的冲击功AK：

AK=E-EI=GL(cosB-cosa)

(1-3)

式中，G为摆锤重力（N）;L为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm）;a为冲断试样前摆锤扬

起的最大角度；B为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。

五、实验环节

1.测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。

2.根据估计材料冲击韧性来选择实验机的摆锤和表盘。

3.安装试样。如图1-4所示。

4.进行实验。将摆锤举起到高度为H处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后,待摆锤扬起到

最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住.

5.登记表盘上所示的冲击功AKU值.取下试样，观测断口。实验完毕，将实验机复原。

6.冲击实验要特别注意人身的安全。

六、实验结果解决

1.计算冲击韧性值aKU

2

aKU(J/cm)

(1-4)

式中，品为U型缺口试样的冲击吸取功（J）;6。为试样缺口处断面面积（cm?）。

冲击韧性值aKU是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试样的绝对尺寸、缺口形

状、实验温度等的变化而不同。

2.比较分析两种材料的抵抗冲击时所吸取的功。观测破坏断口形貌特性。

三、冲击韧性值的计算

尺寸

试样SoAKaK

bh

78.98mm

HT1509.68mm10mm0J0(J/cm2)

2

142.16(J/c

Q23510mm9.96mm83.00mm2118J

m2)

实验六金属材料摩擦磨损新能实验

一、实验目的

1、掌握HSR-2M往复摩擦磨损实验机的工作原理和基本操作方法

2、了解载荷、磨损时间和转速对金属材料摩擦磨损性能的影响

3、掌握测试数据的图表制作方法

二、实验原理

1、仪器工作原理

本实验机重要以滑动摩擦的形式在不同接触压力下对材料和零部件表面的摩擦磨损性

能进行测试。载荷范围宽、滑动速度可调，通过计算机准确地检测材料的摩擦系数、磨

痕深度、表面轮廓和耐磨性，有针对地材料或零部件的表面解决特性做出评估。

2、仪器重要技术指标

加载范围：0.l~200N自动连续加载

往复频率：3〜50Hz

运营长度：0.5~25mm

样品台升降高度：0“l（）0mm

下试样尺寸：厚度0.5~30mm、半径2~30mm

上试样尺寸：直径3~6mm钢球或直径3~5mm圆柱

3、仪器的使用操作

1）准备工作

(1)检查仪器是否良好接地

(2)各接线插头是否对的，接触良好

(3)机架平台放置要平稳、牢固

(4)将被测样品清洗干净

2)开机

(1)检查整机接线准确无误后，打开计算机。进入windowsXP资源管理器窗口，在桌

面上点击****.exe图标进入仪器运营程序

(2)打开仪器控制箱电源，此时控制箱电源灯亮，预热十五分钟后开始做实验

三、实验设备及材料

1、实验设备

联想商用机一台,控制箱一台，主机一台，HRS-2M型往返磨损实验仪一台，对磨偶件:6

mmHRC=65磨球

2、实验材料

生铁一块：15mmx25mm

四、实验环节及方法

1、往复摩擦方式操作方法

(a)、将试样放置在样品台(5)上，拧紧固定螺钉。用自动或手动方法调整加载平台升降,

使上试样将要触及下试样表面,但未接触上。沿x方向左右移动上试样平台,将上试样与

下试样摩擦部位调整到合适位置。

(b)、往复摩擦传动的调整:根据实验规定如需调整滑动长度，应先松开三个调整块固定螺

钉(3),将滑动长度调整块(8)拉出或推入改变旋转曲轴半径，就可改变往复摩擦行程

长度，用手拨动电机曲轴(2),再用卡尺测量样品台的实际运营距离，根据实验规定调

整好行程长度。将调整块固定螺钉(3)拧紧。

(c)、调整载荷零点、摩擦力零点•单击运营按钮，开始测试。

载荷零点的调整：主控箱预热后，检查上试样是否离开下试样，力传感器应在卸载状态。

1、在实用200N力传感器时,先调整仪器控制箱前面板载荷1调零、载荷II调零旋钮,

使屏幕主控窗口左下方,〈零点调节》框中的〈载荷T＞、（载荷―2》文本框中数值显示

“0.00”，然后再检查＜＞框中〈实验载荷》文本框数值显示“0.002、在使用

1000g或100g力传感器时，因使用标准祛码加载所以不需要载荷调零。

五、实验注意事项

1、仪器使用的计算机为专用控制机。严禁更改操作系统、格式化硬盘、上网、游戏和影

响计算机安全的操作

2、仪器使用完后，必须关闭主控箱电源，以免主机电机长期通电过热烧

3、定期向仪器运动部件滑轨、丝杠、轴承、此轮等加注润滑脂。保持仪器表面干燥或涂

少许润滑油，防止生锈

4、仪器在出厂前，载荷、摩擦力及位移传感器均以调整准确，仪器用过一段时间请在加载

丝杠和平台移动丝杆上加适当的润滑脂，转动部分滴少量润滑油

六、实验数据记录