材料性能綜合實踐指導書

福建工程學院

材料性能綜合實踐指導書

（材料科學13級卓越金屬無機方向）

姓名：

學號：

班級：

指導教師：

材料科學與工程學院?材料科學教研室

2016年7月

實驗方式、要求及考核方法

實驗方式

學生分組進行實驗操作，測試實驗所要求的參數(shù)。

實驗注意事項

學生必須認真預習，仔細閱讀實驗指導書和有關(guān)書籍，了解實驗目的、實驗原理、實驗方法和實驗步驟。

服從實驗指導教師安排，了解實驗所用設(shè)備和儀器操作方法，嚴格遵守操作規(guī)程。

實驗過程中要集中精力，認真操作，如實記錄各種實驗數(shù)據(jù)，并仔細觀察和分析各種實驗現(xiàn)象。

實驗中如出現(xiàn)異常情況，及時匯報指導教師，實驗數(shù)據(jù)須交指導教師檢查、簽字。

考核方法

本課程的實驗教學結(jié)合實際操作和實驗報告完成情況，綜合評定成績。

目錄

實驗一RPY皿型材料熱膨脹系數(shù)測定3

實驗二SX1934型數(shù)字式四探針測試儀測量塊狀電阻……………4

實驗三硬度實驗………5

實驗四沖擊韌性實驗…………………8

實驗五金屬材料摩擦磨損性能試驗…………………12

實驗六拉伸實驗………………21

實驗七壓縮實驗………33

實驗八彎曲實驗………35

實驗九材料的非線性光學測試……38

實驗一RPYUI型材料熱膨脹系數(shù)的測定

一、實驗目的

1、掌握熱膨脹分析的基本原理、儀器結(jié)構(gòu)和使用方法。

2、掌握熱膨脹系數(shù)的概念及其測定方法。

二、基本原理

物體的體積或長度隨著溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹，它是衡量材料的熱穩(wěn)定性好壞的一個重要指標。目前，測定材料線膨脹系數(shù)的方法有很多，有示差法（或稱石英膨脹計法）、雙線法、光干涉法、重量溫度計法等。示差法具有廣泛的實用意義。

三、實驗步驟

1、試樣及其制備。按標準測定試樣尺寸。試樣端面應加工，使兩端面平行且平整，并保證其端面與試樣主軸垂直。

2、將試樣放入膨脹試樣室內(nèi)，調(diào)整支架將試樣放入高溫爐中，裝好位傳感器和感溫探頭。

3、開啟計算機，進入儀器使用界面，選擇試驗類型，載荷、升溫速率、最大變形量，調(diào)節(jié)試驗架螺旋測微儀，使位移傳感器在零點附近。

4、點擊“開始試驗”按鈕，儀器自動進行試驗，并顯示試驗曲線。

四、數(shù)據(jù)處理

1、根據(jù)原始數(shù)據(jù)繪出待測材料的線膨脹曲線。

2、按公式計算被測材料的平均熱膨脹系數(shù)。

實驗二SX1934型數(shù)字式四探針測試儀測量塊狀電阻

一、儀器簡介

SX1934型數(shù)字式四探針測試儀是運用四探針測量原理的多用途綜合測量裝置，它可以測量片狀，塊狀半導體材料的徑向和軸向電阻率，測量擴散層的薄層電阻（亦稱方塊電阻）。換上特制的四探針測試夾具，還可以對金屬導體的低，中值電阻進行測量。儀器由主機，測試架等部分組成，測試結(jié)果由數(shù)字表頭直接顯示。主機主要由高靈敏度直流數(shù)字電壓表和高穩(wěn)定度恒流源組成。測試探頭采用寶石導向軸套和高耐磨碳化鎢探針制成，故定位準確，游移度小，壽命長。儀器主要有測量精度高，靈敏度高，穩(wěn)定性好，測量范圍寬，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便等特點。工作條件為：溫度：23°C；相對濕度：60%?70%。工作室內(nèi)應無強電磁場干擾，不與高頻設(shè)備共用電源。SX1934型數(shù)字式四探針測試儀能夠測量普通電阻器的電阻（V/I之比，不乘系數(shù)）、體電阻率、薄片電阻率、擴散層的方塊電阻（后三項需乘上不同的系數(shù)）。

二、儀器操作方法：

1、測試準備：將220V電源插頭插入電源插座，電源開關(guān)置于斷開位置，工作選擇開關(guān)置于“短路”位置，電流開關(guān)處于彈出切斷位置。將測試架的插頭與主機的輸入插座連接起來，松開測試架立柱處的高度調(diào)節(jié)手輪，將探頭調(diào)到適當位置和高度，測試樣品應進行噴砂和清潔處理，放在樣品架上，使探針能與其表面良好接觸，并保持一定壓力，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度使之達到要求的測試條件。

2、測量：將電源開關(guān)置于開啟位置，數(shù)字顯示亮，儀器通電預熱一小時。極性開關(guān)撥至上方，工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于“測量”，撥動電流量程開關(guān)和電壓量程開關(guān)，置于樣品所適合的電流、電壓量程范圍，電流調(diào)節(jié)電位器調(diào)到適合的電流值，工作選擇開關(guān)置于調(diào)節(jié)位置，電流量程開關(guān)與電壓量程開關(guān)必須放在表7-1所列任一組對應的量程上。

表2-1電流調(diào)節(jié)和自校時必須對應的電流電壓量程

電壓量稈

2V

200mV

20mV

2mV

0.2mV

電流量程

100mA

10mA

1mA

lOOyA

10pA

按下電流開關(guān)，調(diào)節(jié)電流電位器，可以使電流輸出在0?10.00范圍內(nèi)，調(diào)到數(shù)字顯示出4.53。調(diào)節(jié)電壓表的粗調(diào)和細調(diào)調(diào)零，使數(shù)字顯示為“0.00”，按下電流開關(guān)輸出恒定電流，即可由數(shù)字顯示板和單位顯示燈直接讀出測量值。方塊電阻測量時，從數(shù)字表上讀出的數(shù)值再乘上10即為實際的方塊電阻值。

本次試驗測試樣品有Si和ITO導電玻璃兩種。

實驗三硬度實驗

一、實驗目的

1．了解布氏、洛氏、維氏硬度計的構(gòu)造和使用方法，初步掌握布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度的測定方法；

選擇和測定低碳鋼（20號）、碳素鋼（Q235）、鑄鐵、工具鋼（W18Cr4V）、模具鋼（Cr12）、304不銹鋼、鋁合金（6063）、鋁合金（6061）、黃銅、紫銅、工程塑料等材料的硬度；

通過試驗鞏固和加深對布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度測定原理、測定方法和應用范圍的認識。

二、實驗設(shè)備及材料

布氏硬度計、洛氏硬度計、讀數(shù)顯微鏡、試樣（鋼、鑄鐵或有色金屬）一組。

三、實驗原理及步驟

（一）布氏硬度實驗

1、布氏硬度實驗原理

在一定直徑的淬硬鋼球上，加以規(guī)定負荷P,壓入被測定的金屬表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后測定試樣表面的凹痕直徑d,根據(jù)金屬表面凹痕的球面表面積F所承受的平均壓力衡量布氏硬度HB。

HB=-=竺公斤力/毫米2

F兀D（D-pD2-d2）

2、實驗步驟

1）、清理試樣表面，光潔度不低于46。

2）、根據(jù)給定的試樣國標GB231，選擇載荷大小與鋼球直徑及載荷持續(xù)時間，并調(diào)節(jié)硬度試驗機。

選擇時應注意使試樣厚度不小于凹痕深度的10倍，凹痕直徑d在0.25D?0.60P之間，否則應改選相應的鋼球和負荷，重新試驗。

3）、將試樣放在工作臺上，轉(zhuǎn)動手輪，使工作臺緩慢上升，試樣與壓頭接觸，直到手輪與其中的螺母滑動為止。應注意：壓頭中心到試樣邊緣距離不小于2.5d，相鄰兩凹痕中心距離應不小于4d。

試驗時，先打開電源開關(guān)，接通電源，此時電源指示燈亮，然后啟動按鈕開關(guān)，加上負荷，自動保持預定時間后又自動卸下負荷。

4）、反轉(zhuǎn)手輪，將工作臺下降，取下試樣。

5）、用讀數(shù)顯微鏡測定凹痕直徑d（mm）。用d值查對照表或代入公式求得布氏硬度值。

6）、整理試驗機及工具、試樣，并整理測得數(shù)據(jù)，填寫實驗報告。（二）、洛氏硬度實驗原理及實驗步驟

1、洛氏硬度實驗原理

以①1.588mm的鋼球或錐頂角為120。的金剛石錐體為壓頭，在一定載荷（包括預載荷10Kg和一定的主載荷）作用下，垂直壓入試樣表面，卸去主載荷，在保留預載荷情況下，測量其殘余壓入深度h毫米，按下式計算其硬度值。實際上,硬度值可從投影屏上（或表上）直接讀出。

hh

HRC=-—（總載荷150Kg）HRB=130--（總載荷60Kg）

0.0020.002

2、實驗步驟

1）、清理試樣表面，根據(jù)試樣形狀選擇合適的工作臺。

2）、根據(jù)材料的大致硬度，按照國標規(guī)定選擇壓頭種類和負荷大小，并調(diào)節(jié)試驗機。

3）、轉(zhuǎn)動升降手輪，使試樣的被測表面與壓頭接觸，繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動手輪使投影屏上的基線與一定標準線重合（或指針指向一定數(shù)字）。此時即已加上10Kg預載荷。

4）、扳動操作手柄，加上主載荷。

5）、將操作手柄反向扳動，卸除主載荷。此時投影屏上橫線對準標準尺的數(shù)字（或指針所指的刻度值）即為洛氏硬度值。

6）、反轉(zhuǎn)升降手柄，取下試樣。

注意：試樣最小厚度應不小于最后測得深度的8倍，在試樣上相鄰壓痕中心距及任一壓痕中心與試樣邊緣距離均不小于3mm。

7）、整理試驗機及工具、試樣，并整理測得的數(shù)據(jù)，填寫實驗報告。四、思考題

1、布氏硬度誤差來源分析及影響測試試驗結(jié)果的主要因素是什么？

2、試比較布氏、洛氏、維氏三種硬度測試方法的應用范圍及其優(yōu)缺點。

金屬硬度實驗報告

姓名班級學號年—月—日

、布氏硬度實驗

1、硬度計型號：

2、實驗結(jié)果記錄

試樣材料及熱處理狀態(tài)

試樣厚度

(mm)

鋼球直徑

(mm)

負荷P(Kgf)

負荷保持時間

(秒)

凹痕直徑d

(mm)

布氏硬度值(HB)

二、洛氏硬度實驗

1、硬度計型號：

2、實驗結(jié)果記錄

試樣材料及熱處理狀態(tài)

洛氏硬度標尺符號

壓頭類型

預載荷

主載荷

總載荷

洛氏硬度值

相當布氏硬度

(HB)

1

2

3

平均

三、維氏硬度實驗

1、硬度計型號：

2、實驗結(jié)果記錄

實驗四材料的沖擊韌性實驗

一、實驗目的

1、測定低碳鋼、鑄鐵、黃銅等材料沖擊韌度，觀察破壞情況，并進行比較

2、掌握JB-300B型擺錘式?jīng)_擊試驗機的操作原理。

二、實驗設(shè)備

1、濟南時代試金儀器有限公司生產(chǎn)的JB-300B型擺錘式?jīng)_擊試驗機。

2、游標卡尺

三、試樣的制備

若沖擊試樣的類型和尺寸不同，則得出的實驗結(jié)果不能直接比較和換算。試樣尺寸及偏差應根據(jù)GB/T229-1994規(guī)定，見圖5-1。加工缺口試樣時，應嚴格控制其形狀、尺寸精度以及表面粗糙度。試樣缺口底部應光滑、無與缺口軸線平行的明顯劃痕。

圖4-1沖擊試樣

四、實驗原理

沖擊試驗利用的是能量守恒原理，如圖5-2所示，即沖擊試樣消耗的能量是擺錘試驗前后的勢能差。試驗時，把試樣放在圖4-2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處所具有的勢能為：

(4-1)

E=GH=GL(1-cosa)

沖斷試樣后，擺錘在C處所具有的勢能為：

El=Gh=GL（l-cos?（4-2）

勢能之差E-E1，即為沖斷試樣所消耗的沖擊功AK:

(4-3)

AK=E-E1=GL(cosp-cosa)

式中，G為擺錘重力（N）；L為擺長（擺軸到擺錘重心的距離）（mm）；a為沖斷試樣前擺錘揚起的最大角度；卩為沖斷試樣后擺錘揚起的最大角度。

圖4-2沖擊試驗原理圖

六、實驗步驟

1、測量試樣的幾何尺寸及缺口處的橫截面尺寸。

2、根據(jù)估計材料沖擊韌性來選擇試驗機的擺錘和表盤。

3、安裝試樣。如圖4-3所示。

4、進行試驗。將擺錘舉起到高度為H處并鎖住，然后釋放擺錘，沖斷試樣后，待擺錘揚起到最大高度，再回落時，立即剎車，使擺錘停住。

5、記錄表盤上所示的沖擊功AKU值.取下試樣，觀察斷口。試驗完畢，將試驗機復原。

6、沖擊試驗要特別注意人身的安全。

圖4-3沖擊試驗示意圖

七、實驗結(jié)果處理

a

K

2

1、計算沖擊韌性值aKU.

(4-4)

式中,AK為U型缺口試樣的沖擊吸收功(J);S0為試樣缺口處斷面面積(cm2)。沖擊韌性值aK是反映材料抵抗沖擊載荷的綜合性能指標，它隨著試樣的絕對尺寸、缺口形狀、試驗溫度等的變化而不同。

2、比較分析不同材料的抵抗沖擊時所吸收的功，觀察破壞斷口形貌特征。

八、思考題

1、如何通過沖擊試驗后的沖擊斷口來評定材料的斷裂性質(zhì)和缺陷？

2、影響沖擊試驗結(jié)果的主要因素有什么？

沖擊韌性實驗報告

姓名班級學號年—月—日

一、試驗機名稱、型號

二、沖擊實驗形狀及尺寸（按實際測量值畫圖）

三、沖擊韌性值的計算

實驗五金屬材料摩擦磨損性能實驗

一．實驗目的

1、掌握HSR-2M往復摩擦磨損試驗機的工作原理和基本操作方法。2、了解載荷、磨損時間和轉(zhuǎn)速對金屬材料摩擦磨損性能的影響。

3、掌握測試數(shù)據(jù)的圖表制作方法。

二．實驗原理

1、儀器工作原理本試驗機（如圖5-1所示）主要以滑動摩擦的形式在不同接觸壓力下對材料和零部件表面的摩擦磨損性能進行測試。載荷范圍寬、滑動速度可調(diào)，通過計算機準確地檢測材料的摩擦系數(shù)、磨痕深度、表面輪廓和耐磨性，有針對性地對材料或零部件的表面處理特性做出評估。

2、儀器主要技術(shù)指標往復摩擦方式：加載范圍：0.1?200N自動連續(xù)加荷

往復頻率：3?50Hz

運行長度：0.5?25mm樣品臺升降高度：0?100mm

下試樣尺寸：厚度0.5?30mm、半徑2?30mm上試樣尺寸：①3?6mm鋼珠或①3?5mm圓柱（可根據(jù)用戶要求加工）

3、儀器的使用操作

（1）、準備工作.

1）檢查儀器是否良好接地。2）各接線插頭是否正確，接觸良好。

3）機架平臺放置要平穩(wěn)、牢靠。4）將被測樣品清洗干凈。

（2）、開機

1）檢查整機接線準確無誤后，打開計算機。進入windowsXP資源管理器窗口，在桌面上點擊****.exe圖標進入儀器運行程序。

2)打開儀器控制箱電源，此時控制箱電源燈亮，預熱十五分鐘后開始實驗。

3、主控窗體各功能鍵使用說明，主控窗體如圖5-2所示：

圖5-2主控窗體

新建按鈕：用鼠標左鍵單擊【新建】按鈕，彈出參數(shù)設(shè)定窗口如圖5-3所示

試驗參數(shù)輸入操作及要求：每次打開參數(shù)輸入窗口，將顯示上一次輸入的參數(shù)。如要重新輸入或修改參數(shù)，用鼠標箭頭指向要修改的文本框，單擊左鍵，光標在文本框中閃動，用鍵盤輸入修改值。只輸入?yún)?shù)數(shù)值，不輸入?yún)?shù)的單位。試驗參數(shù)輸入完成后，用鼠標單擊【確定】按鈕，返回主控窗口。

a.樣品編號：輸入試驗樣品號

b加載載荷：是用戶試驗時所需的加載重量，單位為N（牛頓）或g（克）。

使用200N力傳感器時，設(shè)定輸入的參數(shù)最好為整數(shù)值，10、20、30、90、100、200單位（N）。使用1000g或100g力傳感器時，輸入的參數(shù)為整數(shù)值10、20、30、一-90、100、一200、1000單位（g）。

試驗時間：試驗的運行時間，單位為m（分鐘）。一般為整數(shù)值，例如：

5、10、15、30、--90、120、--600m等。

運行速度：旋轉(zhuǎn)摩擦測量方式中樣品臺的轉(zhuǎn)速，單位：r/m（轉(zhuǎn)/分）往復摩擦測量方式中樣品臺的往復次數(shù)，單位：次/分換算成頻率為：頻率=（次/分）/60

運行長度：往復摩擦方式下，試樣的滑動距離。該參數(shù)是根據(jù)往復長度調(diào)整機構(gòu)的實際調(diào)整值輸入。

旋轉(zhuǎn)半徑：旋轉(zhuǎn)摩擦方式下，試樣滑動摩擦的旋轉(zhuǎn)半徑值。該參數(shù)根據(jù)旋轉(zhuǎn)半徑調(diào)整機構(gòu)的實際調(diào)整值輸入。

掃描長度：表面輪廓測量方式中，位移傳感器錐尖在樣品表面上劃動的測量距離。

測試方式：1旋轉(zhuǎn)摩擦測量方式，2往復摩擦測量方式，3表面輪廓測量方式，4**。用戶根據(jù)試驗要求點擊選擇框，選擇測量方式，同時必須更換與試驗相應的樣品臺和夾具。

力傳感器的規(guī)格：用戶根據(jù)試驗要求點擊選擇框，選擇傳感器規(guī)格，同時必須更換與試驗相應規(guī)格的傳感器。

（2）調(diào)圖按鈕：以圖形方式顯示已存儲的試驗數(shù)據(jù)文件。鼠標單擊該按鈕，彈出文件對話框，輸入要調(diào)用的文件名，單擊【打開】按鈕。調(diào)用的文件以圖形方式顯示在屏幕上。

存儲按鈕：試驗數(shù)據(jù)以文本形式保存。測試結(jié)束后，單擊該按鈕彈出文件對話框，輸入要存儲的文件名，單擊【存儲】按鈕(用戶可建立自己的文件夾保存數(shù)據(jù))。

啟動按鈕：調(diào)整好樣品位置和載荷零點、摩擦力零點，正確輸入各參數(shù)后單擊此按鈕，開始測試。

停止按鈕：在啟動運行程序后，鼠標單擊【停止】鍵，可終止當前測試程序的運行。

退出按鈕：退出試驗程序，返回windows窗口。

打印按鈕：單擊此按鈕，可調(diào)出OfficeExcel程序，繪制試驗圖形。也可調(diào)出歷史數(shù)據(jù)文件進行繪圖、打印。

加載、位移電機控制框：在＜移動距離＞文本框中輸入要移動的位移量，單位為mm(毫米)。也可輸入小數(shù)。例如：0.1、0.003、0.0001等。用鼠標單擊加載或卸載按鈕，可Z—方向上、下移動加載平臺，調(diào)整載荷壓頭位置。用鼠標單擊左移或右移按鈕?？蒟--方向左，右移動上試樣平臺，調(diào)整試樣位置或摩擦半徑。

磨痕深度文本框：按表面輪廓測量方法操作，顯示磨痕寬度、磨痕深度、磨損量。

三．實驗設(shè)備及材料

1、實驗設(shè)備聯(lián)想商用機一臺(標準配置)，控制箱一臺，主機一臺，表面輪廓測量組件一套，摩擦組件一套，樣品夾具二個。FA1204B電子天平，Max=120g,精度0.1mg。

2、實驗材料鑄鋼、鑄鐵或有色合金實驗用試樣若干個，酒精或苯銅試劑一瓶，棉簽若干。

四．實驗步驟及方法

1、往復摩擦方式操作方法：

往復摩擦組件結(jié)構(gòu)圖如圖5-4所示。

1電機2可變半徑曲軸3調(diào)整塊固定螺釘4曲軸連桿

5樣品臺6滑動導軌7底座8滑動長度調(diào)整塊

圖5-4主控窗體

將試樣放置在樣品臺(5)上，擰緊固定螺釘。用自動或手動方法調(diào)整加載平臺升降，使上試樣將要觸及下試樣表面，但未接觸上。沿X-方向左、右移動上試樣平臺，將上試樣與下試樣摩擦部位調(diào)整到合適的位置。

往復摩擦滑動長度的調(diào)整：根據(jù)試驗要求如需調(diào)整滑動長度，應先松開三個調(diào)整塊固定螺釘(3)，將滑動長度調(diào)整塊(8)拉出或推入改變旋轉(zhuǎn)曲軸半徑，就可改變往復摩擦行程長度。用手撥動電機曲軸(2)，再用卡尺測量樣品臺的實際運行距離，根據(jù)試驗要求調(diào)整好行程長度。將調(diào)整塊固定螺釘(3)擰緊。

調(diào)整載荷零點、摩擦力零點。單擊運行按鈕，開始測試。

載荷零點的調(diào)整：主控箱預熱后，檢查上試樣是否離開下試樣，力傳感器應在卸載狀態(tài)。1.在使用200N力傳感器時，先調(diào)整儀器控制箱前面板載荷I調(diào)零、載荷II調(diào)零旋鈕，使屏幕主控窗口左下方，〈零點調(diào)節(jié)〉框中的〈載荷T＞、＜載荷-2＞文本框中數(shù)值顯示為“0.00”，然后再檢查＜＞框中＜試驗載荷＞文本框數(shù)值顯示為“0.00”。2.在使用1000g或100g力傳感器時，因使用標準砝碼加載，所以不需要載荷調(diào)零。

摩擦力零點的調(diào)整：檢查上試樣是否離開下試樣，載荷傳感器應在卸載狀態(tài)。1?在使用200N力傳感器時，先調(diào)整儀器控制箱前面板摩擦力I調(diào)零、摩擦力II調(diào)零旋鈕，使屏幕主控窗口左下方，＜零點調(diào)節(jié)＞框中的＜摩擦力1＞、＜摩擦力2＞文本框中數(shù)值顯示為“0.00”，然后再檢查＜測量顯示＞框中＜摩擦系數(shù)＞文本框數(shù)值顯示為“0.00”。2.在使用1000g或100g摩擦力傳感器時，因使用標準砝碼加載，所以只調(diào)整儀器控制箱前面板1Kg力調(diào)零、100g力調(diào)零旋鈕，使〈測量顯示＞框中＜摩擦系數(shù)＞文本框數(shù)值顯示為“0.00”即可。調(diào)整好載荷零點、摩擦力零點后，單擊＜啟動按鈕＞，開始測試。儀器將按照試驗設(shè)定參數(shù)，自動加載、并繪制數(shù)據(jù)圖形，試驗結(jié)束后自動停機。

試驗結(jié)果顯示如圖5-5所示：

2、測試數(shù)據(jù)的圖表制作

測試數(shù)據(jù)為實際測量值,以文本文件的格式存儲。測量數(shù)據(jù)文件的參數(shù)和數(shù)據(jù)存儲順序如下：

卜…18行為試驗條件輸入?yún)?shù)，樣品編號、加載載荷、運行速度、旋轉(zhuǎn)半徑、長度、掃描長度、試驗日期等。

從19--T020行開始共分三列：

第一列運行時間

第二列摩擦系數(shù)測量值

第三列掃描長度值

第四列磨痕深度測量值

數(shù)據(jù)文件可以***.txt文本文件方式打開。也可用MicrosoftExcel電子

表格工具軟件打開，進行繪圖并轉(zhuǎn)換為電子圖表文件存儲格式。

數(shù)據(jù)文件的圖形制作的操作方法：

打開電子圖表工具軟件，進入操作界面。

打開***.txt測試數(shù)據(jù)文件。設(shè)定導入起始行為20(刪除輸入的參數(shù)),選擇逗號為分隔符。在列數(shù)據(jù)格式中選擇“文本”，之后點擊“完成”。測量數(shù)據(jù)全部顯示在A1,B1,C1,D1列上。A1列為試驗時間,B1列為摩擦系數(shù),C1列為掃描長度，D1列為表面輪廓。

選取任意兩列或全部列,點擊工具欄圖表向?qū)?彈出圖表向?qū)Т绑w,選擇圖表類型中的折線圖。鼠標左鍵點擊“下一步”,彈出圖表向?qū)Т绑w,再點擊

“下一步”，彈出圖表向?qū)Т绑w，在“圖表標題：分類(X)軸：數(shù)值(Y)軸

中填寫完成后點擊“下一步”，再點擊“完成”。圖表制作好了以后，用戶可根據(jù)情況修改繪圖區(qū)或分類軸。

詳細操作說明請參閱MicrosoftExcel軟件應用參考書。

3．主控箱前面板操作元件安裝圖如圖5-6所示

1.風扇2.電源指:

3.

『i燈3?電源開關(guān)4.摩擦力I調(diào)零旋鈕5

6.載荷I調(diào)零旋鈕7.載荷II調(diào)零旋鈕屈.10

摩擦

摩擦力調(diào)零旋鈕9.1000g摩擦力調(diào)

II調(diào)零旋鈕

零旋鈕

圖5-6主控箱前面板操作元件安裝圖

五．實驗注意事項

儀器使用的計算機為專用控制機。嚴禁更改操作系統(tǒng)、格式化硬盤、上網(wǎng)、游戲和影響計算機安全的操作。

儀器使用完畢后，必須關(guān)閉主控制箱電源，以免主機電機長期通電過熱燒。

定期向儀器運動部件滑軌、絲杠、軸承、齒輪等加注潤滑脂。保持儀器表面干燥或涂少許潤滑油，防止生銹。

（4）儀器在出廠前，載荷、摩擦力及位移傳感器均已調(diào)整準確，一般不需再調(diào)整。如需調(diào)整請在生產(chǎn)單位技術(shù)人員的指導下進行。如有故障，生產(chǎn)廠家負責維修。本儀器應存放在干燥，溫差小的室內(nèi)。長期不用時應在主機表面擦少量油脂，以防生銹。儀器用過一段時間請在加載絲桿和平臺移動絲桿上加適當?shù)臐櫥?，轉(zhuǎn)動部分滴少量潤滑油。

六．實驗報告和實驗記錄

1．實驗記錄

將實驗數(shù)據(jù)記錄在實驗報告中的表5-1中。

2．實驗報告要求

（1）通過測試數(shù)據(jù)的圖表制作，分別畫出三種實驗條件下材料的摩擦系數(shù)圖。

（2）分析討論載荷（轉(zhuǎn)速或磨損時間）對材料磨損量和摩擦系數(shù)的影響（要求畫圖并對實驗結(jié)果進行分析）。

金屬材料摩擦磨損性能實驗報告

、實驗數(shù)據(jù)記錄

摩擦磨損設(shè)備型號：稱重天平型號

試樣材料：試樣尺寸：

對磨偶件：

表5-1實驗數(shù)據(jù)記錄表

測試

內(nèi)容

試樣

編號

運行長度

/mm

運行速度轉(zhuǎn)/分

載荷

/N

磨損時間

/min

試樣質(zhì)量（試驗

前）/g

試樣質(zhì)量（試驗

后）/g

磨損量

/g

摩擦

系數(shù)

載何的影響

轉(zhuǎn)速的影響

磨損時間的影響

注：每一小組做一個摩擦磨損試驗，每三個小組實驗結(jié)果數(shù)據(jù)共用，分別討論載荷、轉(zhuǎn)速或磨損時間對材料摩擦磨損性能的影響。

二、畫出3種實驗條件下金屬材料的摩擦系數(shù)圖。

三、分析討論載荷（或轉(zhuǎn)速、磨損時間）對材料磨損量和摩擦系數(shù)的影響（要求畫圖并對實驗結(jié)果進行分析）。

實驗六拉伸實驗

一、試驗目的

1、觀察分析低碳鋼、鑄鐵、鋁材等材料拉伸壓縮機彎曲過程及實驗現(xiàn)象；

2、測定低碳鋼拉伸時的屈服極限q,強度極限入，延伸率8和截面收縮率屮；用引伸計測定塑性材料的彈性模量。

3、觀察分析比較不同材料的試驗過程及實驗現(xiàn)象；

4、認識典型塑性材料力學性能特點和斷裂特征。

5、掌握萬能材料試驗機的基本操作；

二、試驗設(shè)備及試樣

1、微機控制電子萬能試驗機如圖6-1所示。

圖6-1拉伸機主題圖

2、游標卡尺

3.低碳鋼、鑄鐵、等拉伸試樣（一般為圓形截面）,l0=1Od=1OOmm，將10十等分，用畫線機刻劃圓周等分線，或用打點機打上等分點。

注：金屬拉伸試驗試樣目前可遵循國標GB/T228-2OO2附錄A、B、C、D。三、試驗原理及方法（以低碳鋼為例）

1、屈服極限a及強度極限ab的測定

sb

試樣加載到達屈服階段時，低碳鋼的P-Al曲線呈鋸齒形（圖6-2）。與最高載荷對應的應力稱為上屈服極限，它受變形速度和試樣形狀的影響，一般不作為強度指標。同樣，載荷首次下降的最低點（初始瞬時效應）也不作為強度指標。一般把初始瞬時效應之后的最低載荷Ps對應的應力作為屈服極限as。因為進入屈服階段時，示力指針停止前進，并開始倒退，這時應注意指針的波動情況，捕捉指針所指的最低載荷P。以試樣的初始橫截面面積A0除P,即得屈服極限。

sOs

P

Q二一

sA

O

屈服階段過后，進入強化階段，試樣又恢復了承載能力，如圖6-2。載荷到達最大值Pb時，試樣某一局部的截面明顯縮小，出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象。這時示力度

2、延伸率8及斷面收縮率屮的測定

試樣的標距原長為10,拉斷后將兩端試樣緊密地對接在一起，量出拉斷后的標距長為11，延伸率為

/-/

5=-40X100%

/

0

斷口附近塑性變形最大，所以L］的量取與斷口的部位有關(guān)。如斷口發(fā)生于10的兩端或在10之外，則試驗無效，應重作。若斷口距L0—端的距離＜03（圖6-3b和c）,則按下述斷口移中法測定人。在拉斷后的長段上，由斷口處取約等于短段的格數(shù)得B點，若剩余格數(shù)為偶數(shù)（圖6-3b），取其一半得C點，AB長為a，BC長為b,則l=a+2b。當長段剩余格數(shù)為奇數(shù)（圖6-4c）,取剩余格數(shù)減1后的一半得C點，加1后的一半得C］點，AB、BC和BC］的長度分別為a、b1和b2，則l1=a+b1+b2o

試樣拉斷后，設(shè)頸縮處的最小橫截面面積為A,由于斷口不是規(guī)則的圓形，應在兩個相互垂直的方向上量取最小截面的直徑，以其平均值計算A，然后按下式計算斷面收縮率:

X100%

屮

0

四、電子萬能實驗機實驗過程

1、試件

在試件的標距范圍l內(nèi)，用游標卡尺分別測得試件兩端及中部三個截面I、0

II、III的直徑，每處在相互垂直的兩個方向上各測一次，取平均值為該處的直

徑，以三處測量結(jié)果中的最小值作為d，計算試件的橫截面的面積A，A取三

000位有效數(shù)字。將試樣的各項參數(shù)輸入到系統(tǒng)中。

2、調(diào)整試驗機

開啟試驗機，打開測試桌面上的TestExpest圖標（如圖6-4所示），隨后出現(xiàn)如圖6-5的登陸界面。

圖6-4測試圖標圖6-5登陸界面

進入登陸界面后出現(xiàn)了主運行圖，如圖6-6所示，軟件上端有文件、方法、數(shù)據(jù)、試驗、用戶、橫梁和幫助等幾個子菜單。

第三欄有試驗操作、方法定義、數(shù)據(jù)處理幾個子菜單，具體數(shù)值及其相關(guān)內(nèi)容見圖6-7、6-8、6-9、6-10、6-11、6-12。

具體運行時首先先開啟試驗操作中電腦的圖標進行聯(lián)機，隨后其右側(cè)圓形圖標會變綠，下方也出現(xiàn)了數(shù)值的變化，如圖6-7所示。再點擊綠色圖標進行啟動，這時整個系統(tǒng)會發(fā)出響聲，隨后整個界面燈會亮起，此時可以進行試驗操作。

如圖6-9所示，首先在方法定義界面中先將試驗方法、樣品符號系統(tǒng)、報告輸出語言測定試件的樣式、大小等輸入。選取試驗中想要測定的數(shù)值。其次在右欄中選取試驗想要得到的參數(shù)數(shù)值。在設(shè)備與通道界面中和控制與采集界面中分別設(shè)定合適的數(shù)值，一般試驗中拉伸速度不宜過快。

□利

圖6-7開啟聯(lián)機后試驗操作界面

」〃方法名=塑料拉伸1TestExpert.NET管理員□面岡

文件E方法吐數(shù)據(jù)R試驗匸用戶U橫梁C幫助E

試驗操作|方法定義|數(shù)據(jù)處理|

狀度

形長

樣行度度距試平寬厚標

■fe-W

75.000

mm

10.000

ITLHl

5.000

JTLHL

60.000

mm

應力

IPa

伸長率

%

速度mm/min

圖6-6主運行圖試驗操作界面

文件E方法M數(shù)據(jù)R試驗工用戶世橫梁匚幫助H

①呼3住町I■算冕試驗操作I方法定義］數(shù)據(jù)處理I

AH

樣行度度距試平寬厚標

試樣輸A.

I單位

板材

75.000

mm

10.000

min

5.000

mm

60.000

min

應力

伸長率

速度

-12.929

0.000

50.000

IPa

?

mm/min

■3oee

圖6-9方法定義中基本設(shè)置的界面

試騎操作|方法定義|數(shù)據(jù)處理］

試樣輸入

|單位

?||

狀度

形長

樣行度度距試平寬厚標

板材

75.000mm

10.000min

5.000mm

60.000min

應力

-12.908

IPa

伸長率

0.000

速度

50.000

圖6-8開啟啟動后試驗操作界面

試驗操作［芳薩走翅|數(shù)據(jù)處理|

BH軀修?|一SJ?怒娣鏗

|簡體中丈3

方法類型：

岡3

采用的名稱符號系統(tǒng):

測試及報告輸出語言:

設(shè)置計算方法及輸入

編輯打印文檔

可選計算項目：

設(shè)置統(tǒng)計值

設(shè)置報告標題

設(shè)置復查曲線

編輯單試驗打印文檔

已選計算項目：

試鸚結(jié)果是否修約：

試樣形狀及尺寸一

形狀：廚3疋同組試樣尺寸相同

平行長度：,75.i：ii：ii：iirim編輯

寬度：

厚度:

原始標距:

編輯

眉"[1[11]JTUTL]

.S雖雖力力:L:t比0里延總荷長憐力衢詼脇眈力服服拊幫型里能總九幕伸應悅丈服屈屈服屈屈定定定能伸定大伸后后裂面」斷上下屈上下規(guī)規(guī)規(guī)總定規(guī)最定斷斷斷斷

強度0.

強度）

強度

01%

2%

抗拉強度

彈性模量

斷裂總伸長率

廠不允許重新計算

計算間隙預負荷：

0.005kN

編輯

■二Q”

圖6-11方法定義中控制與采集的界面

試驗操作方法定義I叛據(jù)處理］

值艮7J

下

艮

DP下上

位

■■3-

、耳

道

測測

檢檢

不不

變變

改改

不不

a

MJTLFkmM%

常規(guī)J限定值］

設(shè)備參數(shù)

取消|

控制類型:

通道：

單位：

小數(shù)位數(shù):

極性：

圖6-10方法定義中設(shè)備及通道的界面

系統(tǒng)活零選擇：I試驗前消除間隙后自動蓿零F橫梁初始移動右向：向卞3采樣數(shù)據(jù)是否保存：麗3

采樣頻率：

試驗遠度：

調(diào)節(jié)間隙預負荷:

調(diào)節(jié)間隙遠度：

常用調(diào)節(jié)速度：

廠黴活返回.

返回速度：10.000nuTL/'nin漏輯

廠試驗完成后橫梁自動返回

試驗終止條件：暉3

圖6-12數(shù)據(jù)處理的界面

3、安裝試件

啟動升降馬達，注意界面中右下角第二個類似于把手的圖標“J”可點擊其進行機器高速和低速的升降運轉(zhuǎn)。調(diào)整工作臺至適當高度，自下而上裝上夾頭和試件，并使試件安裝牢固且垂直。安裝彈性引伸計，用于測定彈性模量

4、進行試驗

開動綠色按鈕“”試驗機并緩慢勻速加載。注意觀察測曲線的變化,在過了彈性應變后取下引伸計，隨后繼續(xù)進行測試，適當調(diào)整加載速度。

發(fā)生屈服后，繼續(xù)加載直至試件斷裂。在斷裂前注意觀察頸縮現(xiàn)象。試件斷裂后停機。

取下試件。將斷裂試件的兩段對齊并盡量擠緊，用游標卡尺測量拉斷后的試件標距l(xiāng)，并對接好斷口，分別測量試件斷口處的直徑，在互相垂直的

1

方向上各測一次，取平均值作為該處的直徑，計算試件斷口處的橫截面面積A。

1

(4)打印或?qū)С鏊钄?shù)據(jù)進行處理。

脆性材料如鑄鐵的拉伸實驗原理、步驟同上，所不同的是鑄鐵沒有明顯的屈服極限，并且在受力較小的情況下，就發(fā)生斷裂。

材料拉伸實驗報告

姓名班級學號年月日

一、實驗目的

二、實驗所用材料及設(shè)備

三、數(shù)據(jù)記錄和處理

試樣名稱：

試驗前

試驗后

標距l(xiāng)0(mm)

標距l(xiāng)0(mm)

試樣

直徑d0(mm)

直徑d0(mm)

尺寸

截面面積

A0（mm2）

截面面積

A0（mm2）

試樣

簡圖

屈服載荷Ps=屈服極限os=

強度極限ob=

斷后伸長率8=

最大載荷Pb=

斷面收縮率9=

試樣名稱：

試驗前

試驗后

標距l(xiāng)0(mm)

標距l(xiāng)0(mm)

試樣

直徑d0(mm)

直徑d0(mm)

尺寸

截面面積

A0(mm2)

截面面積

A0(mm2)

試樣

簡圖

屈服載荷Ps=屈服極限os=

強度極限ob=

斷后伸長率8=

最大載荷Pb=

斷面收縮率9=

試樣名稱：

試驗前

試驗后

標距l(xiāng)0(mm)

標距l(xiāng)0(mm)

試樣

直徑d0(mm)

直徑d0(mm)

尺寸

截面面積

A0(mm2)

截面面積

A0(mm2)

試樣

簡圖

屈服載荷Ps=屈服極限as=

最大載荷Pb=強度極限ob=

斷后伸長率8=斷面收縮率9=

試樣名稱：

試驗前

試驗后

標距l(xiāng)0(mm)

標距l(xiāng)0(mm)

試樣

直徑d0(mm)

直徑d0(mm)

尺寸

截面面積

A0（mm2）

截面面積

A0（mm2）

試樣

簡圖

屈服載荷Ps=屈服極限os=

強度極限ob=

斷后伸長率8=

最大載荷Pb=

斷面收縮率9=

試樣拉伸曲線AL

>

AL

試樣拉伸曲線

四、思考題

1、金屬材料拉伸試驗可測得哪些力學性能指標？這些指標有什么工程意義？

2、碳鋼拉伸曲線分幾個階段,各有何特點？

3、什么叫材料的屈服極限，如何測定?塑性材料如果沒有明顯的屈服現(xiàn)象,如何確定屈服強度?

4、低碳鋼延伸率8在載荷一位移曲線上如何表示？從試件上和曲線上確定8數(shù)值是否相同？為什么?

5、為什么拉伸試驗必須采用標準試樣或比例試樣？材料和直徑相同而長短不同的試樣，它們的延伸率是否相同？

6、彈性變形、塑性變形各有什么特點？

7、什么叫韌性？在拉伸曲線上如何表現(xiàn)？

8、試驗時如何觀察低碳鋼的屈服極限？

9、彈性模量定義是什么？在進行實驗時，應注意哪些問題

10、影響拉伸試驗結(jié)果的主客觀因素是什么？在試驗操作時應怎樣處理？

實驗七材料的壓縮實驗

一、實驗目的

1、測定鑄鐵的抗拉強度極限、低碳鋼壓縮時的屈服極限；

2、觀察鑄鐵、低碳鋼、混凝土砌塊、大理石、花崗巖壓縮時的破壞現(xiàn)象，

比較塑性材料和脆性材料機械性質(zhì)的區(qū)別；

3、學習、掌握萬能試驗機進行壓縮時的使用方法及工作原理。

二、實驗設(shè)備

1、電子萬能試驗機；

2、游標卡尺。

注：金屬彎曲力學性能試驗方法標準GB/T228-2002

三、實驗試件

實驗所用試件如下圖7-1所示，壓縮試件通常采用矩形或圓柱形試樣，圖示

為圓柱形試樣。

圖7-1壓縮試件

四、實驗原理

1、壓縮試驗裝置

壓縮試驗在電子萬能試驗機上進行，裝置介紹如拉伸試驗指導書所示

2、規(guī)定總壓縮力的測定

tc

試樣壓縮時，其標距的總壓縮變形（彈性和塑性變形之和）達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力，即為規(guī)定總壓縮應力。

3、壓縮屈服點Q的測定

sc

試樣壓縮時，當達到力不再增加而仍然繼續(xù)變形所對應的應力即為壓縮屈服點。

4、抗拉強度a的測定

bc

試樣壓縮至破壞過程中的最大應力即抗壓強度。

五、實驗步驟及注意事項

1、試件準備：壓縮試件應在跨距的兩端和中間處分別測量其高度和寬度。取用三處直徑測量值的算術(shù)平均值和三處高度測量值的算術(shù)平均值，作為試件的寬度和高度。

2、試驗機準備。

3、安裝夾具，放置試件：根據(jù)試樣情況選擇彎曲夾具，安裝到試驗機上，檢查夾具，設(shè)置好跨距，放置好試件。

4、開始試驗。

5、記錄數(shù)據(jù)。

6、試驗結(jié)束：試驗結(jié)束后，清理好機器，關(guān)斷電源。

六、實驗結(jié)果處理

總壓縮力a

tc

壓縮屈服點a

sc

抗拉強度a

bc

七、思考題

1、壓縮試驗適用于哪些金屬材料的塑性的測試？

2、比較低碳鋼和鑄鐵機械性質(zhì)的區(qū)別。

3、試述壓縮試驗和拉伸試驗的不同。

實驗八材料的彎曲實驗

一、實驗目的

1、采用三點彎曲對矩形橫截面試件施加彎曲力，測定其彎曲力學性能；

2、學習、掌握萬能試驗機的使用方法及工作原理。

二、實驗設(shè)備

1、萬能試驗機；

2、游標卡尺。注：金屬彎曲力學性能試驗方法標準GB/T