材料性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)-新

1、材 料 性 能 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)主 編 鄭興華 王 晨福州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二0一六年三月前 言材料性能實(shí)驗(yàn)是材料科學(xué)與工程學(xué)科四年制本科生必修（其他專(zhuān)業(yè)可選修）課程，是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，其內(nèi)容涉及到材料各種力學(xué)、物理性能的測(cè)試原理、性能指標(biāo)、測(cè)試方法及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；有關(guān)性能測(cè)試設(shè)備的基本原理和使用方法。本課程從材料一級(jí)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)出發(fā)，不側(cè)重某種具體的材料如金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料以及復(fù)合材料的性能評(píng)價(jià)，而是從材料在不同服役條件或不同外界條件作用下的反應(yīng)和表現(xiàn)的角度來(lái)評(píng)價(jià)材料性能，如力學(xué)性能是指材料在各種外加應(yīng)力的作用下的表現(xiàn)行為及其評(píng)價(jià)指標(biāo)，電學(xué)性能是指材料在各

2、種不同電場(chǎng)的作用下的表現(xiàn)行為及其評(píng)價(jià)指標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排排上，要求各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)度與相應(yīng)理論課程的教學(xué)相一致，按模塊化組織。本課程要求學(xué)生了解材料在各種外界條件作用下的表現(xiàn)行為特點(diǎn)，材料各種性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。掌握材料各種性能的檢測(cè)方法及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，掌握各種性能測(cè)試對(duì)樣品選取和制備的步驟、方法。使學(xué)生具備獨(dú)立進(jìn)行材料各種性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、觀察、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)誤差分析、數(shù)據(jù)處理的能力，鞏固和強(qiáng)化理論知識(shí)，能夠適應(yīng)工業(yè)實(shí)踐中對(duì)材料和器件的性能評(píng)價(jià)、質(zhì)量檢測(cè)等工作的需要。使學(xué)生進(jìn)一步鞏固材料力學(xué)性能、物理性能基本理論知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的自學(xué)、動(dòng)手、創(chuàng)新能力，課程使學(xué)生具備分析

3、和解決實(shí)際生產(chǎn)中基本問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，為正確設(shè)計(jì)材料、生產(chǎn)材料和合理應(yīng)用材料奠定良好的基礎(chǔ)?；谝陨夏康囊约澳壳跋嚓P(guān)材料性能學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的教材往往偏重于金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料以及復(fù)合材料中某類(lèi)材料的性能評(píng)價(jià)，因此，本課程組在參閱了大量相關(guān)資料的情況下，組織編寫(xiě)了本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。限于編者的水平和時(shí)間的匆忙，必定存在一些紕漏之處，將在后續(xù)的教學(xué)的過(guò)程中進(jìn)一步修改和完善。參加本書(shū)編寫(xiě)的有鄭興華、王晨、黃向東、黃曉巍、王欣、盧洪、鄭振環(huán)、林鵬。目 錄實(shí)驗(yàn)1、材料的靜拉伸實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)2、材料的彎曲實(shí)驗(yàn)9實(shí)驗(yàn)3、材料的硬度實(shí)驗(yàn)13實(shí)驗(yàn)4、材料的沖擊實(shí)驗(yàn)18實(shí)驗(yàn)5、材料的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)2

4、2實(shí)驗(yàn)6、軟磁材料磁化曲線(xiàn)的測(cè)定25實(shí)驗(yàn)7、材料的電阻率測(cè)定30實(shí)驗(yàn)8、材料介電性能的測(cè)量40實(shí)驗(yàn)9、材料透光性的測(cè)定45實(shí)驗(yàn)10、永磁材料磁滯回線(xiàn)的測(cè)定51實(shí)驗(yàn)11、材料的熱分析實(shí)驗(yàn)56實(shí)驗(yàn)1、材料的靜拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解WDW-300D萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造和工作原理，掌握其操作規(guī)程及使用時(shí)的注意事項(xiàng)。2. 了解典型材料的拉伸曲線(xiàn)和應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。3. 了解通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)來(lái)定義各種性能指標(biāo)及其意義。4. 掌握材料拉伸性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法。5. 分析材料成分及處理工藝對(duì)材料拉伸性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理拉伸試驗(yàn)是將試樣安裝在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。用夾頭將試樣夾緊，并通過(guò)它對(duì)試樣加

5、載。利用試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)繪圖裝置繪制出材料的力-伸長(zhǎng)曲線(xiàn)。拉伸曲線(xiàn)圖形象地描繪出鋼材的受力變形特征以及各階段受力與變形之間的關(guān)系，但同一種鋼材的拉伸曲線(xiàn)會(huì)因試樣尺寸不同而異。為了使同一種鋼材不同尺寸試樣的拉伸過(guò)程及其特性點(diǎn)便于比較，以消除試樣幾何尺寸的影響，可將拉伸曲線(xiàn)圖的縱坐標(biāo)（拉力F）除以試樣的原始橫截面面積A0，并將橫坐標(biāo)（伸長(zhǎng)L）除以試樣的原始標(biāo)距L0，這樣得到的曲線(xiàn)便與試樣尺寸無(wú)關(guān)，此曲線(xiàn)稱(chēng)為應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)如圖1-1所示。有時(shí)由于試樣頭部在試驗(yàn)機(jī)夾具內(nèi)有輕微滑動(dòng)及試驗(yàn)機(jī)各部分存在間隙等原因，造成圖中起始階段呈不規(guī)則曲線(xiàn)，分析時(shí)可將其忽略，直接把圖中的直線(xiàn)段延長(zhǎng)與橫坐標(biāo)相交于O點(diǎn)，作為其坐標(biāo)

6、原點(diǎn)。從圖1-1曲線(xiàn)上可以看出，拉伸實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為四個(gè)階段。（1）彈性階段OE：在此階段中的OP段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比關(guān)系，完全遵循虎克定律，則OP段稱(chēng)為線(xiàn)彈性階段。故點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為材料的比例極限p。在此彈性階段內(nèi)可以測(cè)定材料的彈性模量E，它是材料的彈性性質(zhì)優(yōu)劣的重要特征之一。實(shí)驗(yàn)時(shí)如果當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增加達(dá)到E點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力e時(shí)，則應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系不再是線(xiàn)性關(guān)系，但變形仍然是彈性的，即卸除拉力后變形完全消失，這呈現(xiàn)出非線(xiàn)性彈性性質(zhì)。故E點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力e稱(chēng)為材料的彈性極限，把PE段稱(chēng)為非線(xiàn)性彈性階段。OE：彈性段E點(diǎn)：彈性極限s e過(guò)E：塑性變形A點(diǎn)：上屈服點(diǎn)C點(diǎn)：下屈服點(diǎn)CD：屈服。屈服強(qiáng)度s

7、 sDB：形變強(qiáng)化B點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度s bK點(diǎn)：斷裂。彈性變形 塑性變形 斷裂 無(wú)屈服平臺(tái)時(shí)，取0.2%變形量時(shí)的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度 圖1-1試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)（2）屈服階段ED：當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限繼續(xù)增加達(dá)到鋸齒狀曲線(xiàn)時(shí)，表征試樣在承受的拉力不繼續(xù)增加或稍微減小的情況下卻繼續(xù)伸長(zhǎng)達(dá)到塑性變形發(fā)生，這種現(xiàn)象稱(chēng)為試樣材料的屈服，其相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服應(yīng)力（或屈服強(qiáng)度）s s。由于上屈服強(qiáng)度受試驗(yàn)速率、試樣變形速率和試樣形式等因素的影響不夠穩(wěn)定，而下屈服強(qiáng)度則比較穩(wěn)定，故工程中一般要求準(zhǔn)確測(cè)定下屈服強(qiáng)度作為材料的屈服極限s。其計(jì)算公式為：s（屈服強(qiáng)度）= Fs（載荷）/A0（試樣原始截面積） （1-1）如

8、果材料沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象時(shí)，工程上常用產(chǎn)生規(guī)定殘余延伸率為0.2%時(shí)的應(yīng)力作為規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度，又稱(chēng)條件屈服極限r(nóng)0.2。屈服強(qiáng)度（或屈服極限）是衡量材料強(qiáng)度性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。（3）強(qiáng)化階段DB：當(dāng)過(guò)了屈服階段后，隨著拉力的增加，試樣伸長(zhǎng)變形也隨之增加，故拉伸曲線(xiàn)繼續(xù)上凸升高形成DB曲線(xiàn)段，稱(chēng)為試樣材料的強(qiáng)化階段。當(dāng)拉力增加達(dá)到拉伸曲線(xiàn)頂點(diǎn)B時(shí)，依它求得材料抗拉強(qiáng)度b，它也是衡量材料強(qiáng)度性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。b（抗拉強(qiáng)度）= Fb（載荷）/A0（試樣原始截面積） （1-2）（4）頸縮和斷裂階段BK：對(duì)于低碳鋼類(lèi)塑性材料來(lái)說(shuō)，在承受拉力達(dá)Fb以前，試樣發(fā)生的變形在各處基本上是均勻的。但在

9、達(dá)到Fb以后，則變形主要集中于試樣的某一局部區(qū)域，在該區(qū)域處橫截面面積急劇縮小，這種特征就是所謂頸縮現(xiàn)象。試驗(yàn)中試樣一旦出現(xiàn)“頸縮”，此時(shí)拉力隨即下降，直至試樣被拉斷，則拉伸曲線(xiàn)由頂點(diǎn)B急劇下降至斷裂點(diǎn)K，故稱(chēng)曲線(xiàn)BK階段為頸縮和斷裂階段。試樣拉斷后，彈性變形消失，而塑性變形則保留在拉斷的試樣上。利用試樣原始標(biāo)距內(nèi)的殘余變形來(lái)計(jì)算材料的斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率，其計(jì)算公式為： （1-3） （1-4）式中L0為原始標(biāo)距長(zhǎng)度，A0為原始橫截面面積，L1為試樣斷裂后標(biāo)距長(zhǎng)度，A1為試樣斷裂后頸縮處最小橫截面面積。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料1. WDW-300D萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。2. 游標(biāo)卡尺、記號(hào)筆。3. Q2

10、35鋼（圓棒，無(wú)缺口）。4. Q235鋼（圓棒，預(yù)先留有缺口）。實(shí)驗(yàn)采用截面直徑d0=10mm，標(biāo)距l(xiāng)0=100mm的圓形標(biāo)距試樣。圓形試樣頭部應(yīng)加工成雙肩形或螺紋狀。試樣頭部的具體尺寸，根據(jù)所用試驗(yàn)機(jī)的夾頭附件確定。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 試樣的準(zhǔn)備1） 了解試樣的材料，并在試樣兩頭端部打上編號(hào)。2） 用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣的直徑（或邊長(zhǎng)），計(jì)算橫截面積；3） 測(cè)量試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度，在試樣上標(biāo)出原始標(biāo)距，并將試樣標(biāo)距范圍內(nèi)的部分均分為10等分，輕輕打上標(biāo)點(diǎn)。2. 試驗(yàn)設(shè)備的操作本實(shí)驗(yàn)中所用的設(shè)備和儀器的構(gòu)造原理和使用方法，詳見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)備的儀器說(shuō)明書(shū)和操作指南，圖1-2為萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)示意圖。學(xué)生

11、應(yīng)認(rèn)真聽(tīng)取教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備和儀器的講解和觀摩示范操作，然后再動(dòng)手做準(zhǔn)備工作。1) 了解所用設(shè)備和儀器的構(gòu)造原理、特性和基本參數(shù)。學(xué)習(xí)操作規(guī)程和安全事項(xiàng)，掌握操作方法。2) 打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，進(jìn)行儀器預(yù)熱。開(kāi)啟電腦，打開(kāi)Smart Test軟件。3) 根據(jù)試樣，選擇合適的夾具和附件。4) 按橫梁上升和下降按鈕，根據(jù)試樣尺寸調(diào)節(jié)橫梁的位置。5) 將試樣放入夾具中，夾好試樣。6) 軟件中輸入試樣材質(zhì)，幾何尺寸，并設(shè)置加載速度等相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕。7) 等測(cè)試完畢，點(diǎn)擊保存按鈕，保存數(shù)據(jù)。8) 松開(kāi)夾具，把試樣取下。9) 關(guān)閉電源，清潔試驗(yàn)臺(tái)。3. 測(cè)量步驟1） 將試樣夾持于試驗(yàn)機(jī)的夾頭中，開(kāi)動(dòng)試

12、驗(yàn)機(jī)，開(kāi)始加載實(shí)驗(yàn)。2） 測(cè)量試樣拉斷后的標(biāo)距L1和縮頸處最小直徑d1，并分別計(jì)算及。圖1-2萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)示意圖五、數(shù)據(jù)記錄和處理 1. 測(cè)得和計(jì)算的數(shù)據(jù)記入下表。表1-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算試 樣 尺 寸實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)實(shí)驗(yàn)前： 標(biāo)距 L0= 直徑 d0= 實(shí)驗(yàn)后： 標(biāo)距 L1 = 最小直徑d1= 屈服載荷 Fs= kN最大載荷 Fb= kN屈服應(yīng)力 s= MPa抗拉強(qiáng)度b= MPa斷后伸長(zhǎng)率= 斷面收縮率= 2. 畫(huà)出試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，并比較異同點(diǎn)。3. 對(duì)比分析預(yù)留缺口對(duì)材料拉伸性能的影響。4. 畫(huà)出試樣斷裂后的斷口形貌，并進(jìn)行分析。六、對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求1. 搞清實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理。2

13、. 寫(xiě)明實(shí)驗(yàn)設(shè)備及樣品。3. 明確實(shí)驗(yàn)步驟。4. 做好原始數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理。5. 回答思考題。七、思考題1. 在試樣上預(yù)留缺口為何會(huì)影響試樣的拉伸曲線(xiàn)？2. 低碳鋼拉伸時(shí)，當(dāng)載荷加至sb之間的某一值時(shí)立即卸載，那么卸載線(xiàn)與橫坐標(biāo)軸相垂直還是傾斜，為什么？八、參考文獻(xiàn)1 GB/T 228-2002 金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法2 ISO 6892-1:2009(en) Metallic materials - Tensile testing - Part 1: Method of test at room temperature實(shí)驗(yàn)2、材料的彎曲實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)

14、目的1. 采用三點(diǎn)彎曲對(duì)矩形橫截面試件施加彎曲力，測(cè)定其彎曲力學(xué)性能。2. 學(xué)習(xí)、掌握CMT6104電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的使用方法及工作原理。3. 掌握材料彎曲性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理彎曲加載的應(yīng)力狀態(tài)從受拉的一側(cè)來(lái)看，基本上和靜拉伸時(shí)相同。加載方式如圖2-1所示，試驗(yàn)時(shí)，把試樣放置在一定跨度的支座上，其上施加集中載荷（三點(diǎn)彎曲）或等彎距載荷（四點(diǎn)彎曲），通過(guò)記錄載荷F及試樣最大撓度f(wàn)max之間的關(guān)系來(lái)確定試樣在彎曲載荷下的力學(xué)性能。（a） 集中加載 （b）等彎矩加載圖2-1彎曲試樣加載方法試驗(yàn)彎曲時(shí)，受拉側(cè)表面的正應(yīng)力可用下式計(jì)算： =M/W （2-1）式（2-1）中M為最大彎矩，對(duì)

15、三點(diǎn)彎曲M=FL/4；對(duì)四點(diǎn)彎曲M=FK/2。W為抗彎截面系數(shù)，對(duì)于直徑為d的圓形試樣，W=d3/32；對(duì)于寬度為b，高為h的矩形試樣，W=bh2/6。彎曲彈性模量的測(cè)定：通過(guò)配套軟件自動(dòng)記錄彎曲力-撓度曲線(xiàn)（見(jiàn)圖2-2）。在曲線(xiàn)上讀取彈性直線(xiàn)段的彎曲力增量和相應(yīng)的撓度增量，按式（2-2）和（2-3）計(jì)算彎曲彈性模量。其中，I為試件截面對(duì)中性軸的慣性矩， （2-2） （2-3）圖2-2 圖解法測(cè)定彎曲彈性模量最大彎曲應(yīng)力的測(cè)定： （2-4）其中，為最大彎曲應(yīng)力，為最大彎曲力，為試件的抗彎截面系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料1. CMT6104型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。2. 游標(biāo)卡尺、記號(hào)筆。3. 實(shí)驗(yàn)所用試件

16、如圖2-3所示，試件截面為矩形，其中，b為試件寬度，h為試件高度，L為試件長(zhǎng)度。Lbh 圖2-3 矩形截面試樣選用材料（可選擇）：氧化鋁陶瓷、鑄鐵、低碳鋼、聚苯乙烯。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 試樣準(zhǔn)備：矩形橫截面試件應(yīng)在跨距的兩端和中間處分別測(cè)量其高度和寬度。取用三處寬度測(cè)量值的算術(shù)平均值和三處高度測(cè)量值的算術(shù)平均值，作為試件的寬度和高度。2. 依次打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，將試驗(yàn)機(jī)電源開(kāi)關(guān)打倒“開(kāi)”，開(kāi)啟試驗(yàn)機(jī)。3. 安裝夾具，放置試件：根據(jù)試樣情況選擇彎曲夾具，安裝到試驗(yàn)機(jī)上，檢查夾具，設(shè)置彎曲跨距為80mm，放置好試件。4. 打開(kāi)控制電腦，雙擊打開(kāi)PowerTest測(cè)試軟件。5. 在軟件中，選擇合適的

17、試驗(yàn)方案，并點(diǎn)擊“試驗(yàn)部分”中的“編輯試驗(yàn)方案”，進(jìn)行試驗(yàn)方案修改（輸入樣品尺寸、位移、速度等），然后點(diǎn)“保存退出”。6. 將彎曲壓頭向下，通過(guò)按“快降”和“慢降”按鈕，使壓頭接觸試樣（注意快接觸試樣時(shí)，必需轉(zhuǎn)換成慢速）。7. 在試驗(yàn)主界面，選擇存盤(pán)的方式及其文件名，并在試驗(yàn)信息區(qū)輸入試樣的實(shí)際測(cè)量尺寸。可以一次輸入跟試樣的尺寸，可以同時(shí)輸入所有的試樣尺寸。8. 點(diǎn)擊更改“存盤(pán)名”，輸入測(cè)試者學(xué)號(hào)，同時(shí)清零力和位移。點(diǎn)擊軟件中的“開(kāi)始”按鈕，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，直至試驗(yàn)結(jié)束。9. 記錄數(shù)據(jù)：每個(gè)試件試驗(yàn)完后屏幕右端將顯示試驗(yàn)結(jié)果。一批試驗(yàn)完成后點(diǎn)擊“生成報(bào)告”按鈕將生成試驗(yàn)報(bào)告，然后點(diǎn)擊“導(dǎo)出Excel

18、”，點(diǎn)擊“保存”。10. 按控制面板上的上升，將橫梁上移，取下試樣，進(jìn)行下一個(gè)試驗(yàn)。全部結(jié)束后，清理好機(jī)器，關(guān)斷電源。五、數(shù)據(jù)記錄和處理1. 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算試樣的彎曲彈性模量、彎曲應(yīng)力等，記入下表。表2-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與及計(jì)算結(jié)果材料試件寬度(b/mm)試件高度（h/mm）跨距(Ls/mm)最大彎曲力(Fb/kN)最大撓度(f/mm)彎曲彈性模量(Eb/MPa)最大彎曲應(yīng)力(/MPa)2. 繪制試樣的彎曲載荷-撓度曲線(xiàn)圖。六、對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求1. 搞清實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理。2. 寫(xiě)明實(shí)驗(yàn)設(shè)備及樣品。3. 明確實(shí)驗(yàn)步驟。4. 做好原始數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理。5. 回答思考題。七、思考題1. 比較

19、說(shuō)明三點(diǎn)彎曲與四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)。八、參考文獻(xiàn)1 GB/T14452-1993 金屬?gòu)澢W(xué)性能試驗(yàn)方法2 GB/T6569-1986 工程陶瓷抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)方法3 GB/T9341-2000 塑料彎曲性能試驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)3、材料的硬度實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解布氏和維氏硬度儀的測(cè)量原理。2. 掌握布氏和維氏硬度測(cè)試方法。3. 了解布氏和維氏硬度測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)。4. 了解布氏和維氏硬度測(cè)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。二、實(shí)驗(yàn)原理布氏硬度：其原理是將一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗(yàn)力壓入試樣表面經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕的直徑，見(jiàn)圖3-1。圖3-1 布氏硬度測(cè)量原理圖由壓頭球直徑D和測(cè)量所得的試

20、樣壓痕直徑d可算出壓痕面積，即： S = （3-1）于是布氏硬度值可由以下式算出：布氏硬度=常數(shù)×試驗(yàn)力/壓痕表面積，即： （3-2）上式中: ；D, d 單位為mm；F 單位為N。 為使用方便，布氏硬度值可由布氏硬度計(jì)算值表查出。布氏硬度試驗(yàn)力的選擇應(yīng)保證壓痕直徑在0.24D0.6D之間；試驗(yàn)力-壓頭球直徑平方的比率（）應(yīng)根據(jù)材料和硬度選擇，當(dāng)試樣尺寸允許時(shí)，優(yōu)先選用10mm 的球壓頭。維氏硬度：維氏硬度試驗(yàn)使用正四棱錐形的金剛石壓頭，其相對(duì)面夾角為136°。由于其硬度極高，金剛石壓頭可以用于壓入幾乎所有材料，而且棱錐的形狀使得壓痕和壓頭本身的大小無(wú)關(guān)。將壓頭用一定的負(fù)荷

21、（試驗(yàn)力）壓入被測(cè)材料表面。保持負(fù)荷一定時(shí)間后，卸除負(fù)荷，測(cè)量材料表面的方形壓痕之對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度。對(duì)相互垂直的二對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度（l1和l2）取其算術(shù)平均值。如圖3-2所示。圖3-2 維氏硬度測(cè)量原理圖維氏硬度值的計(jì)算公式為： （3-3）F = 負(fù)荷 (牛頓力)S = 壓痕表面積 (平方毫米) = 壓頭相對(duì)面夾角=136°d = 平均壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度 (毫米)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料1. 黃銅，20鋼（退火態(tài)），45鋼（淬火中溫回火），Al2O3工程陶瓷2. 布氏、維氏（顯微）硬度計(jì)；3. 讀數(shù)放大鏡 最小分度值為0.01mm；四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟布氏硬度：1. 測(cè)試準(zhǔn)備：檢查接好的電源線(xiàn)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)

22、，電源指示燈亮。試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行自檢、復(fù)位，顯示當(dāng)前的試驗(yàn)力保持時(shí)間，該參數(shù)自動(dòng)記憶關(guān)機(jī)前的狀態(tài)。2. 安裝壓頭：選取要用的壓頭，用酒精清洗其粘附的防銹油，然后用棉花或其它軟布擦拭干凈，裝入主軸孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)緊定螺釘使其輕壓于壓頭尾柄之扁平處；同時(shí)將試樣平穩(wěn)、密合地安放在樣品臺(tái)上。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使樣品臺(tái)上升，試樣與壓頭接觸，直至手輪與螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)（打滑），最后將壓頭緊定螺釘旋緊。3. 選擇試驗(yàn)力：硬度計(jì)能提供5種試驗(yàn)力供選用，共有砝碼7個(gè)，其中1個(gè)1.25kg 砝碼，1個(gè)5kg砝碼，5個(gè)10kg 砝碼，通過(guò)砝碼的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)5種試驗(yàn)力，詳見(jiàn)下表。表 3-1 試驗(yàn)力與砝碼組合對(duì)應(yīng)表試驗(yàn)力（N）對(duì)應(yīng)的公

23、斤力（kgf）砝碼組合1839187.5吊掛2452250吊掛+1.25kg 砝碼7355750吊掛+1.25kg 砝碼+10kg 砝碼*1 個(gè)98071000吊掛+1.25kg 砝碼+10kg 砝碼*1 個(gè)+5kg 砝碼*1 個(gè)294203000吊掛+1.25kg 砝碼+10kg 砝碼*5 個(gè)+5kg 砝碼*1 個(gè)4. 試驗(yàn)力保持時(shí)間設(shè)置：對(duì)于常見(jiàn)材料，試驗(yàn)力保持時(shí)間一般設(shè)置為1015 秒，用戶(hù)可以根據(jù)需要設(shè)置。按“”或“”鍵，來(lái)設(shè)置保持時(shí)間 。5. 測(cè)試樣品：將被測(cè)試樣放置在樣品臺(tái)中央，順時(shí)針平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使樣品臺(tái)上升，試樣與壓頭接觸；直至手輪與螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)（打滑），即停止轉(zhuǎn)動(dòng)手輪。此

24、時(shí)按“開(kāi)始”鍵，試驗(yàn)開(kāi)始自動(dòng)進(jìn)行，依次自動(dòng)完成以下過(guò)程：試驗(yàn)力加載（加載指示燈亮）；試驗(yàn)力完全加上后開(kāi)始按設(shè)定的保持時(shí)間倒計(jì)時(shí)，保持該試驗(yàn)力（保持指示燈亮）；時(shí)間到后立即開(kāi)始卸載（卸載指示燈亮），完成卸載后恢復(fù)初始狀態(tài)（電源指示燈亮）。6. 采用讀數(shù)放大鏡，測(cè)量壓痕直徑，并記錄數(shù)據(jù)，然后查找表格，讀出試樣的布氏硬度值。7. 關(guān)機(jī)：卸除全部試驗(yàn)力，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。若長(zhǎng)期不用，拔除電源連線(xiàn)；取下壓頭、砝碼等，妥善存放。維氏硬度：1. 打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，將試樣放在平臺(tái)上。旋轉(zhuǎn)物鏡對(duì)準(zhǔn)試樣，調(diào)焦距使視野清晰。2. 旋轉(zhuǎn)物鏡，使金剛石壓頭對(duì)準(zhǔn)試樣，設(shè)置加載時(shí)間。3. 開(kāi)始試驗(yàn)，壓下加載開(kāi)關(guān)，在試驗(yàn)力的作用下，

25、金剛石頭對(duì)試樣表面進(jìn)行加載，保持一定時(shí)間后卸載。4. 指示燈滅掉后，再次旋轉(zhuǎn)目鏡對(duì)準(zhǔn)試樣，調(diào)整刻度線(xiàn)測(cè)量視野中四邊形的兩條對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，并記錄。5. 查維氏硬度表，根據(jù)對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，讀出對(duì)應(yīng)的維氏硬度值；或者由儀器根據(jù)對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，自行計(jì)算得出維氏硬度值，并記錄。五、數(shù)據(jù)記錄和處理1. 將試樣的硬度值以及所用的硬度計(jì)，記入下表。表3-2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理材料硬度計(jì)硬度值六、對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求1. 搞清實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理。2. 寫(xiě)明實(shí)驗(yàn)設(shè)備及樣品。3. 明確實(shí)驗(yàn)步驟。4. 做好原始數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理。5. 回答思考題。七、思考題1. 試說(shuō)明被測(cè)試樣表面粗糙度與厚度，對(duì)硬度測(cè)量結(jié)果有無(wú)影響？為什么？ 2. 硬

26、度實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么要設(shè)置一定的試驗(yàn)力保持時(shí)間？八、參考文獻(xiàn)1 GB/T231-84 金屬布氏硬度試驗(yàn)方法2 GB/T4340-84 金屬維氏硬度試驗(yàn)試樣3 GB/T5030-85 金屬小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)試樣4 GB/T4342-84 金屬顯微維氏硬度試驗(yàn)試樣5 GB/T16534-1996 工程陶瓷維氏硬度試驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)4、材料的沖擊實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解材料沖擊實(shí)驗(yàn)的原理和方法。2. 了解沖擊試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理及正確使用方法。3. 掌握常溫金屬?zèng)_擊試驗(yàn)方法。4. 了解沖擊試樣缺口專(zhuān)用拉床的結(jié)構(gòu)和正確使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理沖擊試驗(yàn)利用的是能量守恒原理，即沖擊試樣消耗的能量是擺錘試驗(yàn)前后的勢(shì)能

27、差。試驗(yàn)時(shí)，把試樣放在圖4-1的B處，將擺錘舉至高度為H的A處自由落下，沖斷試樣即可。擺錘在A處所具有的勢(shì)能為：E0=mgH=mgL(1-cos) (4-1)沖斷試樣后，擺錘在C處所具有的勢(shì)能為：E1=mgh=mgL(1-cos) (4-2)勢(shì)能之差E0-E1，即為沖斷試樣所消耗的沖擊功AK：AK=E0-E1=mgL(cos-cos) (4-3)上式中，mg為擺錘重力（N）；L為擺長(zhǎng)（擺軸到擺錘重心的距離）（mm）；為沖斷試樣前擺錘揚(yáng)起的最大角度；為沖斷試樣后擺錘揚(yáng)起的最大角度。圖4-1沖擊試驗(yàn)原理圖計(jì)算沖擊韌性值KU(或KV)KU = （J/cm2） (4-4)式中，AKU(或KV)為U型（

28、或V型）缺口試樣的沖擊吸收功(J)，S0為試樣缺口處斷面面積(cm2)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料1. JB-W500型微機(jī)控制擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)2. L71UV沖擊試樣缺口專(zhuān)用拉床3. 游標(biāo)卡尺（最小刻度為0.02mm），鋼字、手錘等；4. 在16Mn、20鋼（均為正火態(tài)）或40鋼（調(diào)質(zhì)態(tài)）等鋼材中任選一種，加工成夏比U型或V型缺口沖擊試樣。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 試樣的準(zhǔn)備：領(lǐng)取試樣，在端部打上編號(hào)。用棉紗擦凈，測(cè)量試樣尺寸。 2. 采用沖擊試樣缺口專(zhuān)用拉床對(duì)試樣開(kāi)缺口。3. 將試樣采用沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。4. 沖擊完成后，立即剎車(chē)，并記錄沖擊吸收功Aku（或Akv），然后把指針撥回。5. 用放

29、大鏡或體式顯微鏡觀察斷口形貌。L71UV沖擊試樣缺口專(zhuān)用拉床操作規(guī)程1. 打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)2. 打開(kāi)油泵開(kāi)關(guān)3. 按下升刀，將刀具升升高。4. 根據(jù)缺口類(lèi)型，選擇刀口。固定好試樣，注意根據(jù)尺寸，調(diào)好試樣的夾持位置，保證拉削出的缺口處于試樣正中。5. 按下切削，刀具向下運(yùn)動(dòng)，直至加工完畢。加工工程中，保持刀口的潤(rùn)滑。6. 關(guān)機(jī)，關(guān)閉油泵，關(guān)閉電源。JB-W500型微機(jī)控制擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)使用操作規(guī)程1. 打開(kāi)試驗(yàn)機(jī)電源，打開(kāi)電腦。2. 打開(kāi)JBW500測(cè)試軟件，根據(jù)擺錘大小選擇量程的大小，并設(shè)置自動(dòng) 模式或手動(dòng)模式。3. 手動(dòng)模式：在軟件中設(shè)置試樣尺寸參數(shù)，打開(kāi)控制盒開(kāi)關(guān)，點(diǎn)按“取擺”按鈕。使用定位

30、卡子將試樣的缺口背對(duì)擺錘定位于支梁上，點(diǎn)按退銷(xiāo)，點(diǎn)按沖擊，擺錘下落，測(cè)試，在軟件中點(diǎn)擊取值，獲得沖擊吸收功和沖擊韌性，沖擊后，擺錘自動(dòng)揚(yáng)擺，再次測(cè)試，測(cè)試完畢，長(zhǎng)按“放擺”，擺錘放至最低處放開(kāi)按鈕。4. 自動(dòng)模式：自動(dòng)模式步驟與手動(dòng)模式相同，只是相應(yīng)的按鍵在軟件中實(shí)現(xiàn)。5. 試驗(yàn)完畢，關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)電源，關(guān)閉電腦。五、數(shù)據(jù)記錄和處理1. 將實(shí)驗(yàn)所用材料，測(cè)得的沖擊功和沖擊韌度，記入下表。表4-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理材 料試件缺口處橫截面積 (cm2)沖擊功 (J)沖擊韌度(J/cm2)2. 畫(huà)出沖擊試樣形狀及尺寸六、對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求1. 搞清實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理。2. 寫(xiě)明實(shí)驗(yàn)設(shè)備及樣品。3. 明確實(shí)驗(yàn)步

31、驟。4. 做好原始數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理。5. 回答思考題。七、思考題1. 沖擊韌性值KU (或KV)為什么不能用于定量換算，只能用于相對(duì)比較？畫(huà)出沖擊試樣形狀及尺寸，并注明材料牌號(hào)及其熱處理狀態(tài)。2. 為何在作沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，韌性試樣要開(kāi)缺口？ 八、參考文獻(xiàn) 1 GB/T2106-80 金屬夏比（V型缺口）沖擊試驗(yàn)方法2GB/T229-84 金屬夏比（U型缺口）沖擊試驗(yàn)方法3 GB/T4159-84 金屬低溫夏比沖擊試驗(yàn)方法4 GB/T1843-1996 塑料懸臂梁沖擊試驗(yàn)方法5 GB/T18658-2002  擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)檢驗(yàn)用夏比（Charpy)V型缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣實(shí)驗(yàn)5、材料的摩擦磨

32、損實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解有關(guān)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的工作原理。2. 了解影響材料耐磨性的因素。3. 掌握測(cè)定材料摩擦系數(shù)和磨損性能的方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。二、實(shí)驗(yàn)原理磨損是工程中普遍存在的現(xiàn)象，凡是產(chǎn)生相對(duì)摩擦的機(jī)件，必然會(huì)伴隨有磨損現(xiàn)象。但是影響摩擦與磨損的因素很多，如施加壓力、運(yùn)動(dòng)速度、工件表面粗糙度、潤(rùn)滑劑和材料性能等，所以材料摩擦磨損特性，是由摩擦條件與材料性能共同決定的綜合特性。因此，磨損實(shí)驗(yàn)就是指試樣與對(duì)磨材料在施加一定壓力和中間介質(zhì)的條件下，按照一定的速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（或摩擦距離）后測(cè)量其磨損量，根據(jù)磨損量大小來(lái)判斷材料的耐磨性能。秤重法是以試樣在磨損試驗(yàn)前后的重量差來(lái)表示磨損量

33、(通常以克為計(jì)算單位)，用符號(hào)M表示。 mm0m1 （5.1）式中 m0試樣磨損前原始重量； m1試樣磨損后的重量。 因?yàn)槟p試驗(yàn)結(jié)果受很多因素影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散性較大。因此，一般在磨損試驗(yàn)中，同一試驗(yàn)條件下需測(cè)定35個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。其磨損量常用算術(shù)平均值來(lái)表示，即 （5.2）兩固體表面之間的摩擦力與正向壓力成正比，這個(gè)比值叫做摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)由滑動(dòng)面的性質(zhì)、粗糙度和（可能存在的）潤(rùn)滑劑所決定?；瑒?dòng)面越粗糙，摩擦系數(shù)越大。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料1. MM-W1A型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)。2. 分析天平(精度0.1mg)。3. 洛氏硬度計(jì)。4. 實(shí)驗(yàn)用材料及熱處理狀態(tài)的選擇，可根據(jù)摩擦副材料而定。本試驗(yàn)的下試樣

34、可選用GCr15鋼(或T8鋼)，經(jīng)淬火和低溫回火后硬度約為HRC6062；上試樣則可根據(jù)現(xiàn)有工藝條件，選用經(jīng)過(guò)表面強(qiáng)化處理(如滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲釩等)后的試樣。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟因磨損試驗(yàn)較費(fèi)時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)以參觀示范方式進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中全班分35個(gè)小組共同作出一條磨損曲線(xiàn)，測(cè)定在相同磨損時(shí)間(30min)，不同壓力下的m-F關(guān)系曲線(xiàn)，如圖5-1所示。5-1 材料的磨損曲線(xiàn)圖 磨損試驗(yàn)條件 壓力：50N、100N、200N、400N 時(shí)間：均為30min 轉(zhuǎn)速：200rmin 介質(zhì)，干摩擦本試驗(yàn)的具體方法及步驟如下1. 試樣的準(zhǔn)備：領(lǐng)取試樣(上、下試樣)；測(cè)定下試樣的硬度：凡HRC偏

35、差大于土2者為不合格；將試樣(上、下試樣)編號(hào)、打上標(biāo)號(hào)；把配對(duì)好試樣進(jìn)行跑合試驗(yàn)；將跑合后試樣用丙酮或酒精進(jìn)行清洗，吹干后在分析天平上秤其原始重量m0。2. 試驗(yàn)機(jī)的調(diào)試：調(diào)整平衡錘位置；安裝試樣，壓力清零；選擇所加壓力F；選擇磨損的時(shí)間長(zhǎng)度；選擇運(yùn)轉(zhuǎn)速度。3. 打開(kāi)計(jì)算機(jī)上的相關(guān)軟件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄。4. 磨損試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)先卸載再停機(jī)。5. 取下試樣(上、下試樣)，用丙酮或酒精擦洗后，再秤其磨損后重量。五、數(shù)據(jù)記錄和處理1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出該材料的m-F關(guān)系曲線(xiàn)。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同磨損條件（或磨損階段）下，材料相應(yīng)的摩擦系數(shù)。六、對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求1. 搞清實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理

36、。2. 寫(xiě)明實(shí)驗(yàn)設(shè)備及樣品。3. 明確實(shí)驗(yàn)步驟。4. 做好原始數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理。5. 回答思考題。七、思考題1. 簡(jiǎn)要分析機(jī)件正常運(yùn)動(dòng)的磨損過(guò)程的三個(gè)階段。2. 提高材料耐磨性可以從哪幾個(gè)方面考慮。八、參考文獻(xiàn) 1 GB/T12444-2006金屬材料 磨損試驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)6、軟磁材料磁化曲線(xiàn)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解軟磁材料的磁學(xué)性能參數(shù)；2. 熟悉軟磁材料磁化曲線(xiàn)的測(cè)試原理；3. 掌握磁化曲線(xiàn)的分析。二、實(shí)驗(yàn)原理反映軟磁材料磁特性的各種磁學(xué)參量的測(cè)量。是磁學(xué)量測(cè)量的內(nèi)容之一。軟磁材料一般指矯頑力Hc1000A/m的磁性材料，主要有低碳鋼、硅鋼片、鐵鎳合金、一些鐵氧體材料等。軟磁材料的各種磁

37、性能決定了由該材料制成的磁性器件或裝置的技術(shù)特性，因此，軟磁材料測(cè)量在磁學(xué)量測(cè)量中占有重要位置。表征軟磁材料的磁特性有各種曲線(xiàn)，可按工業(yè)應(yīng)用要求來(lái)選擇。這些曲線(xiàn)主要是：工作在直流磁場(chǎng)下的靜態(tài)磁特性曲線(xiàn)和反映磁滯效應(yīng)的靜態(tài)磁特性回線(xiàn)；工作在變化磁場(chǎng)（包括周期性交變磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)和交、直流疊加磁場(chǎng)等）之下、包括渦流效應(yīng)在內(nèi)的動(dòng)態(tài)磁特性曲線(xiàn)和動(dòng)態(tài)磁特性回線(xiàn)等。這些磁特性曲線(xiàn)的橫坐標(biāo)是加在被測(cè)材料上的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，縱坐標(biāo)是材料中的磁通密度B。這種表示方式使這些曲線(xiàn)只反映材料的性質(zhì)，與材料的形狀、尺寸無(wú)關(guān)。此外，軟磁材料的動(dòng)態(tài)磁特性還包括復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和鐵損。靜態(tài)磁特性測(cè)量 測(cè)量材料的靜態(tài)磁特性曲線(xiàn)和磁特性回

38、線(xiàn)，主要測(cè)量方法有沖擊法和積分法兩種。圖6-1 沖擊法測(cè)量軟磁材料靜態(tài)磁特性曲線(xiàn)沖擊法：用以測(cè)量靜態(tài)磁特性曲線(xiàn)，測(cè)量線(xiàn)路見(jiàn)圖6-1。材料試樣制成鐲環(huán)形，并繞以磁化線(xiàn)圈和測(cè)量線(xiàn)圈。前者通過(guò)換向開(kāi)關(guān)、電流表和調(diào)節(jié)電流的可變電阻接到直流電源上；后者接到?jīng)_擊檢流計(jì)上（見(jiàn)檢流計(jì)）。開(kāi)始測(cè)量時(shí)，通過(guò)電流表將磁化線(xiàn)圈中的電流調(diào)到某一數(shù)值，由電流表的讀數(shù)、磁化線(xiàn)圈的匝數(shù)，以及材料試樣的磁路幾何參數(shù)，可計(jì)算出磁場(chǎng)強(qiáng)度H值。然后，利用換向開(kāi)關(guān)、快速改變磁化線(xiàn)圈中的電流方向，使材料試樣中的磁通密度的方向突然改變，于是在測(cè)量線(xiàn)圈中感應(yīng)出脈沖電動(dòng)勢(shì)e，e使脈沖電流流過(guò)沖擊檢流計(jì)。檢流計(jì)的最大沖擲與此脈沖電流所含的電量Q

39、，也就是磁通的變化（）成比例。 在數(shù)值上等于材料試樣中磁通的兩倍。由沖擊檢流計(jì)的讀數(shù)和沖擊常數(shù)（韋伯/格），以及材料試樣的等效截面，可計(jì)算出相應(yīng)的磁通密度B值。改變磁化電流，可測(cè)出靜態(tài)磁特性曲線(xiàn)所需的所有數(shù)據(jù)。此種方法的準(zhǔn)確度約為1。如將圖6-1的磁化線(xiàn)路進(jìn)行修改，使磁化電流不斷由某一最大值逐次減小到零，再反向，一直到反向最大值止，可獲得靜態(tài)磁特性回線(xiàn)。圖6-2 靜態(tài)磁性自動(dòng)記錄儀線(xiàn)路積分法：用以獲得靜態(tài)磁特性回線(xiàn)?？刹捎渺o態(tài)磁性自動(dòng)記錄儀。此種儀器由磁化電流掃描電路、電子式積分器和X-Y記錄儀（見(jiàn)筆式記錄儀）組成（圖6-2）。掃描電路輸出變化緩慢的磁化電流，周期在1040秒之間，正、負(fù)幅值相

40、等，可連續(xù)調(diào)節(jié)。自測(cè)量線(xiàn)圈取出對(duì)應(yīng)于磁通密度變化的信號(hào)，經(jīng)電子積分器得到相應(yīng)的磁通密度B值。 由于磁場(chǎng)變化緩慢，可不計(jì)渦流影響，因此X-Y記錄儀自動(dòng)記錄下來(lái)的回線(xiàn)可認(rèn)為是試樣材料磁滯效應(yīng)的靜態(tài)磁特性回線(xiàn)。靜態(tài)磁性自動(dòng)記錄儀測(cè)量磁通密度回路的原理與電子磁通計(jì)相同，區(qū)別在于前者以X-Y記錄儀代替了后者的指示電表。靜態(tài)磁性自動(dòng)記錄儀的綜合磁通常數(shù)達(dá)10-7韋伯/毫米，準(zhǔn)確度為2。動(dòng)態(tài)磁特性測(cè)量 測(cè)量材料的動(dòng)態(tài)磁特性曲線(xiàn)和磁特性回線(xiàn)。主要測(cè)量方法有3種。電壓表-電流表法:將被測(cè)試材料制成環(huán)狀、口字形等試樣。試樣上均勻繞以N1匝磁化線(xiàn)圈及N2匝測(cè)量線(xiàn)圈。N1經(jīng)過(guò)電流表A接到可調(diào)交流電源上，N2接到平均值

41、電壓表上（圖6-3）。根據(jù)平均值電壓表的讀數(shù)B、匝數(shù)N2、頻率f、試樣等效截面S，可計(jì)算出試樣截面中的最大磁通密度Bm，如用有效值電流表測(cè)磁化電流I，則此時(shí)試樣的磁場(chǎng)強(qiáng)度H=N1I/L，L為磁路的有效長(zhǎng)度。由于I是有效值，所以H也是有效值。若想求得此時(shí)的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm的數(shù)值，須用圖中互感M和平均值電壓表的組合替代電流表。此時(shí)，H是平均值電壓表的讀數(shù)。調(diào)節(jié)交流電源的電壓，可獲得動(dòng)態(tài)磁特性曲線(xiàn)的全部數(shù)據(jù)。此種方法的誤差為±(310)。圖6-3電壓表-電流表法示波器法：用于測(cè)量動(dòng)態(tài)磁滯回線(xiàn)。測(cè)量電路見(jiàn)圖6-4。圖中R0是采樣電阻，由此取出的與磁化電流（即磁場(chǎng)強(qiáng)度）有關(guān)的信號(hào)，加到示波器的

42、X 軸上;取自測(cè)量線(xiàn)圈的磁通密度信號(hào)，經(jīng)積分器加到示波器的Y軸。此時(shí)，可在示波器的熒光屏上展示出材料試樣的動(dòng)態(tài)磁特性回線(xiàn)。此回線(xiàn)反映在材料中存在磁滯與渦流效應(yīng)時(shí)的磁特性。此種方法的測(cè)量誤差主要來(lái)自熒光屏上的讀數(shù)不夠準(zhǔn)確，誤差一般為±(510)。圖6-4 示波器法測(cè)動(dòng)態(tài)磁特性曲線(xiàn)電橋法：利用某些交流電橋線(xiàn)路可測(cè)量磁性材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和鐵損。測(cè)量材料在聲頻下的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率分量1和2，通常采用麥克斯韋電橋；測(cè)量鐵損通常采用修正海氏電橋（見(jiàn)經(jīng)典交流電橋）。環(huán)狀試樣中繞以線(xiàn)圈接到橋路中，調(diào)節(jié)電橋使之平衡，由所測(cè)出的試樣線(xiàn)圈等效電感和等效電阻以及試樣線(xiàn)圈上的電壓，即可計(jì)算出復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和鐵損。電橋法

43、測(cè)量材料動(dòng)態(tài)磁特性的誤差為±(15)。三、實(shí)驗(yàn)器材 MATS-2010SD軟磁材料自動(dòng)測(cè)量裝置。 溫度濕度計(jì)。 萬(wàn)用表（或歐姆表）。 鐵氧體（或其他）軟磁材料。 絕緣細(xì)導(dǎo)線(xiàn)若干，砂紙或小刀等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1試樣的準(zhǔn)備選擇的材料為軟磁材料鐵氧體，樣品的尺寸形狀要求如下： 為了保證磁化均勻，樣品應(yīng)盡量做成截面均勻的圓環(huán)形，且內(nèi)外徑要求P1/8； 要求圓環(huán)的橫截面積S足夠大，使測(cè)量的靈敏度較高； 為了減小渦流引起的誤差，圓環(huán)可采用多層疊片或薄帶繞成。 在環(huán)上均勻地纏滿(mǎn)兩組絕緣導(dǎo)線(xiàn)N1和N2，線(xiàn)頭去掉絕緣層。2測(cè)量步驟打開(kāi)計(jì)算機(jī)及軟件，開(kāi)主機(jī)預(yù)熱5分鐘（注意：一定要先打開(kāi)軟件）。將樣品按指定

44、位置接入儀器中（N1和N2不能接反），將用萬(wàn)用表或歐姆表檢查電路聯(lián)接情況（一般電阻小于10歐姆）。如電阻很大，需重新打磨線(xiàn)頭并連接好。在軟件中輸入?yún)?shù)，在兩個(gè)黑色小窗口中將量程選項(xiàng)定為“自動(dòng)”。通過(guò)按“清零”按鈕和調(diào)整“調(diào)零”旋鈕，使磁通計(jì)（第一個(gè)黑色窗口）數(shù)字基本保持不變（至少要求變化很緩慢）并且為0（至少要求很接近于0）。選擇測(cè)量項(xiàng)目（如果Bs是未知的，可以先單獨(dú)測(cè)量Bs）。按F9開(kāi)始測(cè)試所要求的項(xiàng)目。測(cè)試結(jié)束后保存數(shù)據(jù)及進(jìn)行后繼處理工作（如查看、截圖并保存等）依次關(guān)機(jī)：先關(guān)勵(lì)磁電源，后關(guān)軟件和計(jì)算機(jī)。做好整理和清潔衛(wèi)生。五、結(jié)果分析根據(jù)打印出來(lái)軟磁材料的磁化曲線(xiàn)，詳細(xì)分析軟磁材料的磁學(xué)性

45、質(zhì)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸怼?. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，打印出磁化曲線(xiàn)和分析各項(xiàng)磁性能參數(shù)。3. 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并對(duì)如何提高實(shí)驗(yàn)的精確度提出意見(jiàn)。4. 回答思考題。七、思考題1. 用環(huán)狀試樣測(cè)定軟磁材料的磁參數(shù)有何優(yōu)缺點(diǎn)？2. 如何簡(jiǎn)化本實(shí)驗(yàn)而不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？八、參考文獻(xiàn)1 GB/T28869-2012 軟磁材料制成的磁心 測(cè)量方法 第1部分：通用規(guī)范2 GB/T3658-2008 軟磁材料交流磁性能環(huán)形試樣的測(cè)量方法 3 GB/T3656-2008 軟磁材料矯頑力的拋移測(cè)量方法金屬低溫夏比沖擊試驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)7、材料的電阻率測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解不同材料的電阻性能的差異；2. 掌

46、握不同材料電阻的測(cè)定方法和原理；3. 掌握不同材料電阻的測(cè)試操作；4. 掌握不同材料電阻率的分析。二、實(shí)驗(yàn)原理 物體之所以導(dǎo)電是由于內(nèi)部存在的各種載流子在電場(chǎng)作用下沿電場(chǎng)方向移動(dòng)的結(jié)果。固體介質(zhì)的電導(dǎo)分為兩種類(lèi)型：即離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)。對(duì)于一般材料，特別是用作絕緣材料的固體介質(zhì)，正常條件下的主要作用是離子電導(dǎo)，而當(dāng)溫度和電場(chǎng)強(qiáng)度增加時(shí)，電子電導(dǎo)的作用會(huì)增大。衡量材料導(dǎo)電難易程度的物理量為電阻率(r)或電導(dǎo)率(s)。通常將電阻率小于10-3·m的固體材料稱(chēng)為導(dǎo)體；電阻率大于108·m的固體材料稱(chēng)為絕緣體；電阻率介于兩者之間的材料稱(chēng)為半導(dǎo)體。(1)總電阻 總電阻是表示材料阻止電

47、流通過(guò)能力的物理量，它等于施加在樣品上直流電壓與流經(jīng)電極間的穩(wěn)態(tài)電流之比，即。由圖7-1可知，穩(wěn)態(tài)電流包括流經(jīng)試樣體內(nèi)電流Iv與試樣表面電流Is兩項(xiàng)，即I=Iv+Is,代人上式得 圖7-1體電阻、表面電阻 (7-1)式中 Rv一試樣體積電阻； Rs試樣的表面電阻。式(15-1)表明絕緣電阻實(shí)際上是體積電阻與表面電阻的并聯(lián)。(2)體積電阻率 體積電阻率的定義是沿體積電流方向的直流電場(chǎng)強(qiáng)度與穩(wěn)態(tài)體積電流密度之比。即。對(duì)于圖7-2的電路則可寫(xiě)成 式中 S電極的有效面積； t兩電極間的距離。(3)表面電阻率 表面電阻率的定義是沿表面電流方向的直流電場(chǎng)強(qiáng)度與穩(wěn)態(tài)下單位寬度的電流密度之比，即。表面電阻率是

48、衡量材料漏電性能的物理量。它與材料的表面狀態(tài)及周?chē)h(huán)境條件(特別是濕度)有很大的關(guān)系。對(duì)圖7-2的電路，可寫(xiě)成：。其中b為電極的周長(zhǎng)，a為兩電極間的距離。1. 測(cè)試原理及儀器電路結(jié)構(gòu)測(cè)定材料的電阻的方法很多，主要有伏安法、電橋法、四端電極法（或者四探針?lè)ǎ┮约案咦栌?jì)法。在測(cè)試材料的電阻過(guò)程中必將涉及到電路中的導(dǎo)線(xiàn)、導(dǎo)線(xiàn)接頭或器件觸點(diǎn)接觸電阻、測(cè)量?jī)x表的內(nèi)阻以及與被測(cè)電阻間的連接關(guān)系，阻值比例等多種因素都會(huì)對(duì)影響測(cè)量結(jié)果的精確度。在許多情況下，測(cè)量誤差是不可忽略的。因此，為了提高電阻測(cè)量的精確度，對(duì)于不同阻值范圍的材料或器件設(shè)計(jì)了不同的測(cè)量方法。例如采用三電極系統(tǒng)測(cè)量M級(jí)以上的高電阻，采用電橋法

49、測(cè)量和K級(jí)的電阻等。但在高導(dǎo)電率材料或小電阻器件的電阻測(cè)量之中，不僅電路中的接觸電阻不可以忽略不計(jì)，甚至導(dǎo)線(xiàn)的電阻都不是無(wú)窮小量。而具體采用那種方式測(cè)試，需要了解不同測(cè)試方法的特點(diǎn)以及相應(yīng)材料本身性質(zhì)情況來(lái)確定。下面從原理上簡(jiǎn)單介紹電阻測(cè)試的主要幾種方法。（1） 高阻計(jì)法其中高阻計(jì)測(cè)量的阻值較高，測(cè)量范圍較廣，而且操作方便。通常采用高阻計(jì)法測(cè)量絕緣體材料的電阻。圖7-2 高阻計(jì)測(cè)量的基本電路示意圖K1測(cè)量與放電開(kāi)關(guān)；K2RvRs轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；K3輸入短路開(kāi)關(guān)；R0標(biāo)準(zhǔn)電阻；A測(cè)量電極；B保護(hù)電極；C試樣Rx；D底電極（a）儀器測(cè)試原理圖7-2為高阻計(jì)法測(cè)量的基本電路，由圖可見(jiàn)：當(dāng)測(cè)試直流電壓V加在

50、試樣Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻R0上時(shí)，回路電流Ix為：整理上式得： （7-2）實(shí)際上Rx遠(yuǎn)大于R0，近似得： （7-3）由式(7-3)可見(jiàn)，Rx與V0成反比。如果將不同V0值所對(duì)應(yīng)的Rx值刻在高阻計(jì)的表頭上，便可直接讀出被測(cè)試樣的阻值。（b） 電極系統(tǒng)圖7-3是通常采用的平板試樣三電極系統(tǒng)。采用這種三電極系統(tǒng)測(cè)量體電阻時(shí)，表面漏電流由保護(hù)電極旁路接地。而測(cè)量表面電阻時(shí)，體積漏電流會(huì)由保護(hù)電極傍路接地。這樣便將試樣體積電流和表面電流分離，從而可以分別測(cè)出體積電阻率和表面電阻率。在測(cè)試過(guò)程中，三電極系統(tǒng)和試樣都必須置于屏蔽箱內(nèi)。圖7-3 平板試樣三電極系統(tǒng)體積電阻率v： (10-4)其中D'1D1g

51、代表測(cè)量電極的有效直徑，t代表試樣的厚度。表面電阻率s： （7-5）其中Dl、D2如圖7-3所示。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量中還要注意電極材料的選擇。電極材料應(yīng)選取能與試樣緊密地接觸的材料，而且不會(huì)因施加外電極引進(jìn)雜質(zhì)而造成測(cè)量誤差，還要保證測(cè)量使用的方便、安全等。常用的電極材料有退火鋁箔、噴鍍金屬層、導(dǎo)電粉末、燒銀、導(dǎo)電橡膠、黃銅和水銀電極等。（2） 四探針?lè)▽?duì)于微電阻或小電阻，特別是電阻率的測(cè)量，常使用四點(diǎn)探針（Four point probe）來(lái)完成。這種方法具有以下特點(diǎn)：一是當(dāng)樣品尺寸很大時(shí)，樣品尺寸、形狀等幾何參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生影響，因此不必制作特殊規(guī)格的試樣，二是可在工件、器件或設(shè)備上直接測(cè)量電

52、阻率。圖7-4. 四探針?lè)y(cè)量電阻的原理示意圖四探針?lè)ǖ脑硪?jiàn)圖10.4。前端精磨成針尖狀的1、2、3、4 號(hào)金屬細(xì)棒中，1、4號(hào)和高精度的直流穩(wěn)流電源相聯(lián)，2、3 號(hào)與高精度（精確到0.1V）數(shù)字電壓表或電位差計(jì)相聯(lián)。四根探針有兩種排列方式，一是四根針排列成一條直線(xiàn)（圖1a），探針間可以是等距離也可是非等距離；二是四根探針呈正方形或矩形排列（圖7-4b）。對(duì)于大塊狀或板狀試樣（尺寸遠(yuǎn)大于探針間距），兩種探針排布方式都可以使用；而于細(xì)條狀或細(xì)棒狀試樣，使用第二種方式更為有利。當(dāng)穩(wěn)流源通過(guò)1、4 探針提供給試樣一個(gè)穩(wěn)定的電流時(shí)，在2、3 探針上測(cè)得一個(gè)電壓值V23。本實(shí)驗(yàn)采用第一種探針排布（圖7-4a）形式，其等效電路圖見(jiàn)圖7-5。圖7-5. 四探針?lè)y(cè)量電阻的等效電路圖R1、R4、R5、R8 導(dǎo)線(xiàn)電阻，R2、R3、R6、R7，接觸