材料综合实验讲义

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'材料综合实验讲义'
实验一材料显微硬度的测试硬度是衡量材料软硬程度的指标。硕度无一定的物理意义,它是表征材料的 弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等不同物理量组合的综合性能指标。随着试 验方法不同,一般硕度是指材料表面抵抗局部压入变形或刻划破裂的能力。材料的硕度度是材料重要的机械性能之一。材料的硬度与共他的物理性能 之间存在着某种关系。例如,硬度和拉力实验基本上都是测量金屈抵抗塑性变形 的能力。这两种实验在某种程度上都是测量同样的特性,其结果完全可以相比较。 硕度实验的优点在于:它是一种简单们又容易进行的实验,尤其突出的它是一种 非破坏性的测试。材料的硕度与材料的化学和物相组成以及显微结构等因素有关。换句话说, 硕度是材料显微结构的宏观表现。在材料研究中,硕度数据的使用频率非常高, 硕度测试的目的,并不一定是用来表征所研究材料的使用性能,而是通过硬度实 验获得材料微观结构的有关信息。根据试验方法不同,硬度分为莫氏硬度、布氏 硬度、洛氏硬度和维氏硬度,莫氏硬度屈丁-刻划法硬度,布氏硬度、洛氏硬度和 维氏硕度则屈于压入法硕度。一、 实验目的:1. 了解材料硬度测试的意义;2. 了解材料硬度的概念;3. 学习硬度测试的原理与方法。二、 实验原理一般硕度测试的基本原理是:在一定时间间隔内,施加一定比例的负荷, 把一定形状的硕质压头压人所测构料表面,然后,测量压痕的深度或大小。习惯上把硬质实验分为两类:宏观硕度和微观硕度。宏观硬度是指采用lkgf (1 kgf=9.81N)以上的负荷进行的硬度实验。显微硕度是指采用lkgf或小于1 kgf 的负荷进行的硬度实验。常用的硬度实验有布氏硬度实验、洛氏硬度实验、表面 洛氏硬度实验和显微硬度实验等,它们分别有各自不同的适用范围。图1布氏硬度测试原理1、布氏硬度 ,_布氏硕度(HB)的测定原理如图1所示,是用一定大小的试验力F(N),把直 径为D (mm)的淬火钢球或硕质合金球压入被测金展的表面,保持规定时间后卸 除试验力,用读数显微镜测岀压痕平均直径d (mm),然后按公式1求岀布氏硬 度HB值,或者根据d从已备好的布氏硬度表中查岀HB值。HB=P/(7rDh) =P/[7rD(D-(D2-d2)1/2)] (1)式中:h为压痕深度(mm); P为载荷(kg); d为压痕直径.布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度,压痕面积人,能在较人范围内 反映材料的平均硬度,测得的硬度值也较准确,数据重复性强。2、 洛氏硬度洛氏硬度(HR)测试试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径 为1. 59mm/3. 18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕深度求出材 料的硬度。根据实验材料硬度的不同,可分为三种不同标度来表示:HRA是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度较高的材料。 例如:硬质合金。HRB是采用lOOKg载荷和直径1.59mm淬硬的钢球求得的硬度,用于硬度较 低的材料。例如:软钢、有色金属、退火钢、铸铁等。HRC是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料。 例如:淬火钢等。本实验采用洛式硬度计对材料的硬度进行测试。3、 维氏硬度维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体,其相对面夹角为136。。维氏显 微硬度值是所施加的负荷(kgf)除以压痕的表面积(mm2)o采用维氏金刚石压头吋,其压痕深度约为对角线长度的1/7。维氏硬度的计 算公式如式(2):1 854P 1 854pI2 =9.18Z2式中:1——压痕对角线长的平均值,mm;0 金刚石压头相对面的夹角(136°)o为了精确测量维氏金刚石压痕的对角线长度,压痕必须清晰可见。压痕清 晰实际上是衡量试样表而制备质量的一个标准。一般来说,实验负荷越轻,所要 求的表面光洁度就越高。当使用100gf(0.981N)以下负荷实验吋,试样应进行金 相抛光。同时,要求测量显微镜所测压痕长度的误差应小于0.0005mm。三、仪器与用料1、 TH300洛式硬度计2、 试样抛光机3、 试样切割机4、 016 45#圆钢 5、砂纸四、TH300洛式硬度计TH300洛式硬度计的结构如图2所示13 12 1161-上盖2-压头座3-压头4-样品台5-丝杠护套6-手轮7-丝杠8-底脚螺钉9-侧门10-开关、电源板11-显示屏12-键盘13-试验力转换手柄图2洛氏硬度计五、 试样制备用试样切割机将45#圆钢切割成高度约为5-10mm的试样,用砂纸将试样的 一面磨平磨光后,在试样抛光机上进行抛光。六、 实验步骤1、 接好电源线,打开电源开关,显示屏将显示当前的试验参数,这些参数分别 表示当前标尺及该标尺对应的压头类型和试验力、试验力保持时间、读数恢复时 间。同时检查试验力选择是否正确。试验力选择通过试验机右侧上部试验力转换 手柄进行,有60kgf(588. 4N), 100kgf(980. 7N), 150kgf (1471N)三种。如果参数不需要修改,即可直接开始测试;如需修改则按说明书进行参数设 置。2、 加载初试验力»IIIDDDD>手轮转动过量 重新开始!将被测试样放置在样品台中央,顺吋针平稳缓慢转动手轮,使样品台上升, 试样与压头接触。此时屏幕上出现压头运动过程示意图,见图3,最后一个表示 加载初试验力终止位置。平缓转动手轮,直到图中所示压头到达终止位置,同I]寸 伴有蜂鸣报警,此吋应立即停止转动手轮。如果手轮转动有少量过量,不影响测量结果及精度;如果转动过量较大,试 验机自动报警,并提示,见图4。此吋应重新开始。3、 自动测试初试验力加载完成后,测试自动进行。完成主试验力加载一保持一卸载一读 数一数据处理一结果显示过程,测试结果显示于显示屏上。4、 卸载逆吋针转动手轮,样品台下降,全部试验力卸除;显示屏显示返冋初始状态, 所有试验参数自动记忆,等待下次测试。七、设备注意事项(-)金刚石压头1、 金刚石压头和压头轴是仪器的精密的零件,因此在操作的整个过程都要 十分小心,除施压测试吋外,其他吋间都不要触及压头。2、 压头应随时保持清洁,有油污或灰尘吋,可用软布或脱脂棉蘸酒精或乙 醴小型小心擦洗。(二) 试样1. 试样表面必须清洁。如表面沾有油污,可用汽油、洒精或乙醸等擦拭。2. 当试样为细丝、薄片或小件I]寸,可分别使用相应的夹持台夹持后,在放 在试样台上进行实验。如试样小到无法夹持,则可将试样镶嵌抛光后再进行实验。(三) 环境要求本仪器应安装在远离灰尘、震动、腐蚀性气体的环境中,室温不应超过 (20±5°C),相对湿度不大于65%的环境中。思考题1、 材料硬度测试有几种方法?它们的适用对象是什么,2、 三种硬度测试方法的异同是什么?3、 常用的洛氏硬度标尺包括什么,有何不同?实验二、材料拉伸强度的测试拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试 验得到的数据可以确定材料的弹性
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