材料物理性能试验指导书汇总

材料物理性能试验指导书

西南交通大学

二零零五年三月

课程名称：材料物理性能英文名称：Physical Properties of Materials

实验指导书名称：材料物理性能实验指导书编者：朱德贵

一、学时学分

总学时：48 总学分：3 实验时数：8 实验学分：0.5

二、实验的地位、作用和目的

实验是材料物理性能课程中重要的实践环节。通过实验，使学生加深对课堂教学内容的理解，加深对所学物理性能测试原理、方法、表征方式等的理解，培养学生物性测试设备的使用能力，培养正确选用物性测试手段的能力。

三、基本原理及课程简介

材料物理性能是一门专业基础课，主要讲述材料物理性能的基本原理、物理概念、基本测试原理测试方法。实验课以介绍基本原理及实验测试基本方法，使学生学会正确选用测试手段，明确每一物理性能的本质及应用。

四、实验方式与基本要求

1．由指导教师讲清实验的基本原理、要求、实验设备使用方法、实验目的及注意事项：

2．实验每组2-4人，每个实验时间2h，由学生独立操作完成实验：

3．了解试验原理、设备工作原理，及测试方法，并弄清每一性能测试与材料组织转变的相互关系。

五、考核与报告

1．学生按指导书要求提交实验报告，实验结果须有指导教师签字方有效：

2．实验指导教师对报告进行批改、评分。

六、设备及器材配置

每组：l、电子电位差计l台2、电阻箱3、电桥3台

4、分光光度计

5、光强测试仪2台

6、磁性测试仪

7、膨胀分析仪3台

8、耗材

七、实验项目与内容提要：

实验一 膨胀法测定钢的相变温度和膨胀系数

一、实验目的

1．了解膨胀测试原理及方法。

2．测定钢在加热和冷却过程中膨胀曲线并确定起其相变点。

二、实验原理

热容理论认为：晶体中，原子围绕其平衡位置作简谐振动，当温度增加时振幅增大，动能增大，使得固体材料的热容增加。显然，这样无法解释热膨胀现象。因为作简谐振动的原子不论其振幅多大，其振动中心不能产生位移。既然热膨胀的存在确定无疑，显然表明原子振动是非简谐振动。

按照格律乃森的经验公式，相邻两原子的位能

n

m r

b

r a U +-

= 式中a 、b 为常数；r 为原子；m 和n 分别表示引力和斥力的幂指数。

对于金属材料，m 约等于3，而n 在很宽的范围内变化，但总是n>m 。正是由于这种位能的不对称变化引起了固体的热膨胀。

当材料的温度从T1变化到T2时，材料的体积由V1变到V2，则该材料的平均体膨胀系数为：

T

V

V T T V V V ∆∆⋅=--=

11)12(112β

当ΔT 趋近于零时，上式的极限值(在压力P 恒定的情况下)定义为微分体膨胀 系数，即该材料在温度T 时的体膨胀系数：

P T T

V V )(1∂∂=

β 由于体膨胀系数β值的测定比较困难。通常采用线膨胀系数α来表示材料的膨胀特性，即P

T T L L ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=

1α。材料在T1至T2温度区间的平均线膨胀系数为T

L

L T T L L L ∆∆⋅=--=

11)12(112α。对于各向同性材料近似有αβ3=。

当材料内部不发生组织结构转变时，其线膨胀系数。随温度T 的变化曲线如图l 所示。

由于温度变化所引起的材料内部组织结构的改变，会造成α随温度T 的变化曲线的改变。例如，当温度达到发生第一类相变的温度时，此时由于存在体积的突然改变，使α趋于无穷大，如图2(a)所示：当发生第二类相变时(磁性转变，有序一无

序转变)，在转变温度处α值有突变，如图2(b)所示。

因此，根据膨胀系数α随温度T的变化曲线上所产生的附加变化，可以分析材料的组织结构变化。这是研究材料相变的重要方法之一。

另外，由于温度的提高，造成材料内部晶体缺陷的增多，使得α随温度T的变化曲线在高温段有别于比热容随温度的变化。

三、实验测试方法

材料膨胀系数的测定取决于两个物理量—温度、位移的准确测量。一般情况下，温度的测定使用热电偶。位移的测定可以使用千分表法、光学法、可变变压器法等。无论采用何种方法，其基本原理如图3所示。

四、实验内容

本实验使用Forma3to卜D全自动膨胀仪，测定钢的膨胀系数和相变点。参观千分表法和光学法膨胀测定仪。

五、实验报告

1．简述实验目的和原理：

2．整理实验数据，确定材料的临界温度，计算其膨胀系数；

3．误差分析及讨论。

实验二钢的电学性能测定

一、实验目的

1．了解电阻测量方法。

2．了解电阻与材料处理工艺及组织结构关系。

3．测定不同处理工艺的材料的电阻及电阻与温度关系。

二、实验原理

材料的电阻率ρ是由成分、组织状态及温度等因素决定的重要的物理性能之一。由于电阻值R是与物体的形状、大小有关，而电阻率ρ与形状、大小无关，电阻率ρ常被用来表征材料的导电性能。因为电阻率ρ是属于对组织结构敏感的性能，所以它在材料的研究，特别是基础理论的研究中被广泛地采用，成为分析研究相图、组织转变过程等的重要手段。

测量电阻的方法很多，如伏安法、欧姆表法、桥式电路法等。通常根据被测电阻值的大小来选定。在金属材料的研究中，经常遇到的是测量小电阻值(电阻的变化)。因此，一般采用桥式电路法。

1．惠斯登电桥(单电桥)

单电桥由参考电阻Rl、R2，标准电阻RN和待测电阻Rx组成，用导线将其连成封闭的四边形；在A、C端接电源E和开关K1，在B、D端之间接以灵敏度较高的检流计G和开关K2，构成“桥”：将R1、R2、RN和Rx称为“桥臂”，如图l所示。

一般情况下，当K1、K2闭合时，检流计G内有电流流过，因此检流计指针发生偏转。调节R1和R2，使通过检流计的电流为零，即达到电桥平衡。此时，电桥