实验报告福利第一季

实验一

系列缺口试样静拉伸实验及断口形貌观察

1.实验目的

1.1了解材料在硬性应力状态和应力集中情况下的脆性趋向。

1.2了解试样缺口几何形状对拉伸应力应变曲线、材料强度、塑性以及断口形貌的影响。

2.实验设备及试样

2.1设备和仪器

（1）材料拉伸试验机

（2）测量显微镜

（3）游标卡尺

2.2试样

试样材料为45钢，正火处理。试样采用比例长试样。按图1.1所示形状加工成具有不同缺口形状的缺口拉伸试样和光滑拉伸试样。

3.实验步骤

3.1了解拉伸试验机的结构和原理，掌握操作方法。

3.2将各拉伸试样进行编号放置，以便后续实验测试数据对应。

3.3用游标卡尺分别测定各试样测试部位内最小直径d0，并填入实验记录表（见附表）。

3.4分别标定各试样标距l0=100mm。对缺口拉伸试样，缺口部位应包括在标距内。

3.5分别安装试样在试验机上进行拉伸实验加载。在实验中，拉伸

速度应为10-30n/mm2·s，加载必须平稳而无冲击。记录拉伸最大载荷p b值，同时由试验机自动绘出放大倍数n不低于50倍的拉力-伸长曲线p-△l。

3.6屈服载荷p s的测定。在本实验中采用规定残余伸长应力的测定方法。在拉力-伸长曲线p-△l上，自弹性直线段与伸长坐标轴的交点起确定一等于0.2％·l0·n规定残余伸长的点，再从该点作弹性直线段的平行线与拉伸曲线交于另一点，对应于另一点的载荷即为屈服载荷p s。

3.7拉伸断裂载荷p k的测定。根据拉力-伸长曲线p-△l上的断裂点所对应的载荷确定。

3.8试样拉伸后标距l k的测定。将拉断后试样的两截紧密对接起来，尽量使轴线处于一条直线上，用游标卡尺测量拉伸后的标距长度值l k （沿圆周方向间隔90°的两个位置测量，取算术平均值）。若断口处有缝隙，则此缝隙也应计入拉断后的标距长度内。

3.9试样断裂最小直径d k的测定。取断后的一截试样，再读数显微镜下测量最小直径d k之值（沿圆周方向间隔90°的两个位置测量，取算术平均值）。对光滑试样，可取断后带有剪切唇的一截试样，用游标卡尺测量颈缩后最小直径d k之值。

3.10对比观察各种试样的端口，也可以在10倍放大下观察，鉴别断口区域。在读数显微镜下估测纤维区的面积。

图1.1 系列拉伸试样示意图

4.实验报告

4.1简述拉伸实验原理及应力集中的应力状态。

4.2按相同放大比例在同一坐标系中绘制出各试样的应力-应变σ-δ曲线。

4.3计算各试样的强度指标：屈服强度σ0.2、抗拉强度σb、断裂真实应力S k和塑性指标：伸长率δ、断面收缩率ψ以及各试样缺口敏感性指标NSR。填写入拉伸实验记录表（见附表-1）。

4.4计算出纤维区所占断口总面积的百分数，并绘出宏观断口形貌示意图。

5.分析思考

5.1分析本实验中各试样缺口的敏感性变化。

答：1号到6号试样，α值不断减小，抗拉强度升高，缺口敏感度逐升高。

5.2分析缺口尖锐程度对应力-应变σ-δ曲线、强度、塑性及断口形貌的影响。

答：尖锐程度越大，应力-应变σ-δ曲线的形状越与高碳钢的σ-δ曲线接近，强度越大，塑性越差，断口表面纤维区越小，发射区越大。

实验数据记录附表-1

实验二

硬度测定实验

1.实验目的

1.1掌握布氏、洛氏、维氏、显微维氏和肖氏硬度的试验原理、

测定方法及其应用。

1.2 了解布氏、洛氏、维氏、显微维氏和肖氏硬度计的构造及使

用。

1.3感性验证认识：微观硬度与宏观硬度的关系；硬度与抗拉强

度的近似关系。

2.实验设备、仪器及材料

2.1设备仪器

（1）显微维氏硬度计

（2）布式氏硬度计

（3）洛氏硬度计

（4）读数测量显微镜

2.2材料

1. A3钢正火

2.45钢正火

3。A3钢退火

3. 实验原理及适用范围

3.1 布氏硬度测试实验（Brinell Hardness ）

3.1.1试验原理：用一定直径D （mm ）的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力F （N ），将其压入试样表面（图2.5），经规定保持时间t （s ）后卸除试验力，试样表面将残留压痕。求得单位压痕球形表面积上的试验力就是布氏硬度值，用HB 表示，其计算公式为：

)

(204.0102.022d D D D F

A F H

B --=

=

π 其中A —压痕球形面积（mm 2）;d —压痕平均直径（mm ）; 3.1.2适用范围：布氏硬度试验主要用于室温下黑色、有色金属原材料检验，也可用于退火、正火钢铁零件的硬度测试。国家标准GB6270-86《金属布氏硬度试验法》，范围：<450HB (650HB)，HBS 表示用淬火钢球，适用于硬度值在450以下的材料，HBW 表示用钨合金钢球，适用于硬度值在450以上的材料。

图2.5 布氏硬度实验原理图 3.2洛氏硬度测试实验（Rockwell Hardness ）

3.2.1洛氏硬度试验原理：在先后两次施加负荷（预负荷F 0和主

负荷F 1）的作用下，将标准型的压头（金刚石圆锥压头或钢球压头）压入试样的表面，即在加完总负荷F （10F F F +=）保持一定的时间，并卸除主负荷，保留预负荷的情况下，用计量主负荷作用下所产生的残余压入深度e 来表示金属材料抵抗塑性变形的能力，如图2.6所示。e 值越大金属的硬度越低，反之则硬度越高。洛氏硬度值用HR 表示，并在符号后面注以所常用标尺A 、B 、C 等。洛氏硬度试验常用标尺所对应的压头、负荷硬度计算公式及应用见表

2-1

图2.6 洛氏硬度实验原理图

表2-1 洛氏硬度常用标尺所对应的压头、负荷、计算及应用举例

备注：e 的单位为μm 。

3.2.2适用范围：洛氏硬度试验主要用于室温下金属材料热处理后的产品硬度测试，测量范围为20～67HRC ；60～85HRA ；25～