材料宏微观力学拉伸试验、纳米压痕实验报告

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实验目的 实验原理 纳米压痕实验
实验数据分析
实验小结
纳米压痕实验
实验目的
1. 了解材料微纳米力学测试系统的构造、工 作原理。 2.了解纳米压痕法测试材料力学性能的基本 原理。 3. 掌握载荷-位移曲线的分析手段。 4.用纳米压痕方法测定低碳钢的杨氏模量与 硬度。
。
纳米压痕仪的操作说明
k
低 （碳 有钢 保拉 载伸 ）试 验
材料的内部形成了裂纹， 使材料的完整性遭到了破 坏，因此没有明显的屈服 现象发生。
拉伸-蠕变实验
实验小结
通过实验我们可以看出在拉伸试验的过程中，最后应 力趋于稳定时，应变随着时间的变化不断增加，直至 最终的断裂。 在应力-应变曲线中没有出现明显的屈服阶段，可能是 材料内产生了缺陷。 通过本次试验让我们对于所学知识在实验中有了一个 直观的感受，加深了对于蠕变现象的理解，并且了解 了拉伸试验过程中应该注意试件的选择等注意事项。
实验问题：从图中可以看出，其应力应变曲线没有屈服阶段。
拉伸-蠕变实验
结果分析
低 （碳 无钢 保拉 载伸 ）试 验
l 1.6118 k 10% 26.8% l0 6
k
A 21.1% A0
k
l 1.781 10% 29.6% l0 6
A 22.8% A0
实验小结
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此处添加单名称
拉伸-蠕变实验
实验目的
1.测定低碳钢的弹性极限、屈服极限、强度极限、延 伸率和截面收缩率。 2.观察拉伸过程中的现象，并绘制其应力-应变曲线。
3.比较两种材料拉伸时的力学性能。
拉伸-蠕变实验
实验原理
常用的标准拉伸试样如图：
d m l n σ e
圆截面
l 10d
⑴打开玻璃小窗，搁置样品
2 光纤灯
扫描器 控制器
1 6 3
防震器
传感器 控制器
光镜 控制器
5
XYZ 控制器
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纳米压痕仪的操作说明
(2) 开启电脑，打开仪器。
样品台 传感器
注意： 样品前低后高、左低右高 样品间隔大于传感器尺寸
纳米压痕仪的操作说明
(3) 打开软件，进行H-Pattern和Air Indent校准。
纳米压痕实验
实验数据分析
在充分保载的情况下， 使材料发生明显的塑 性变形，空穴、位错 和层错等缺陷的能量 得到释放，对材料的 强化效果降低，产生 了应力松弛，从而使 弹性模量降低的现象。
拉伸-蠕变实验
拉伸-蠕变试验的应力-应变曲线
屈服 强度 强度 极限
A 低 碳 钢 拉 伸 试 验 （ 无 保 载 ）
弹性 极限 比例 极限
低碳钢拉伸试验（无保载）
低碳钢拉伸试验（有保载）
低 碳 钢 拉 伸 试 验 （ 有 保 载 ）
从图中可以看出：对于拉伸试验的应力-应变曲线，初始阶段应力-应变成线弹性 变化；超过比例极限在屈服之前，试件发生了非线性弹性变化；达到弹性极限之 后材料开始发生屈服；之后随着应力的增大，材料最终达到强度极限，应力趋于 稳定，应变不断增大,在A点时，试件发生断裂。
断口处的最小截面积
拉伸-蠕变实验
拉伸试验机：
试样参数 长度:10cm 宽度:2cm 标距:6cm 厚度:0.2mm
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拉伸-蠕变实验
实验数据分析
拉伸-蠕变试验拉力-位移曲线
A
A
低碳钢拉伸试验（无保载）
低碳钢拉伸试验（有保载）
从图中可以看出：随着拉力的增大，位移不断增大，初始 阶段拉力增加速度很快，而位移增加较慢，拉力趋于稳定 时，位移继续增大，最终在A点时发生了断裂。
纳米压痕实验 纳米压痕实验数据
Team 1 Time-step 8mN 2-32s.hys 8mN 2-602s.hys 8mN 2-302s.hys 8mN 2-20s2.hys 8mN 22s.hys 8mN 202s.hys 8mN 220s.hys hf(nm) 159.5055 Er(GPa) 305.5792 H(GPa) 10.58099 E(Gpa) 379.2332
或
d ab
σs σe σ p
f
l 5d
c
σb
矩形截面
m n
l 11.3 A 或
l 5.56 A
O
标距：gauge length
l
d’
g
f’ h
ε
低碳钢拉伸的应力-应变图
延伸率 K

l K l0 100% l0 A0 AK 100% A0
断面收缩率 K
lK
AK
断裂后的标距
2
3 4
190.2099
202.686 207.4712
230.0481
208.3925 187.3163
7.218142
6.798749 6.111736
261.9442
231.8033 203.7769
5
6 7
217.9895
230.0504 391.9674
210.0914
195.1272 164.1442
5.675649
5.294287 1.852063
234.1175
214.0186 174.3525
纳米压痕实验
实验数据分析
硬度H和弹性模量与压痕深度的关系 随着压痕深度的不断增加，材料的硬度和弹性模 量呈递减趋势。表现为材料内部的力学性能是不 均一的，越靠近材料表面，硬化现象越明显。
应变梯度理论 BOLS理论
Loading
硬度:
Pmax H Ac
π S 2 Ac E 1 vi Ei
2
Unloading
P max
S
hr
hmax
h
杨氏模量:
Er
载荷-位移曲线
压痕示意图 1 1 v2
Er
，
纳米压痕实验 实验数据分析
纳米压痕载荷-位移的变化曲线
随着实验载荷的不断增大，位移不断增加，当载荷达到最大值时， 位移亦达到最大值即最大压痕深度 ；随后卸载，得到残留压痕 深度hf 。
材料力学拉伸-蠕变效应及纳米压痕实验 总结报告
学院：材料科学与工程学院
班级：2012级材料物理班
老师：黄勇力
目
录
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拉伸-蠕变实验 纳米压痕实验 实验宏观力学性能与微观力学性能比较 致谢
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此处添加单位名称
拉伸-蠕变实验
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实验目的 拉伸-实验原理 蠕变实验
实验数据分析
Air Indent H-Pattern 光学显 力-时间曲线 微镜视 Mark 场
纳米压痕仪的操作说明
(4) 选择位置，设定载荷、时间参数，进行压痕实验。
保载Biblioteka Baidu
(5)实验完毕，拷贝数据，关闭仪器，最后关闭电脑。
加载 卸载
时间
最大载荷 4000uN
纳米压痕实验
实验原理
通常情况下，压痕过程包括两个步骤，即所谓的加载过程 与卸载过程。 P