高分子材料性能學(xué)實驗指導(dǎo)書

實驗 金屬及高分子材料的拉伸力學(xué)實 實驗 金屬材料的扭轉(zhuǎn)力學(xué)實 實驗 金屬材料的壓縮力學(xué)實 實驗 金屬及高分子材料的沖擊測定實 實驗 金屬軸件的疲勞演示實 實驗 材料的硬度測定實 實驗 金屬材料的斷口形貌觀察實 實驗 電導(dǎo)率及介電常數(shù)的測定實 實驗 透明塑料制品的透光率及霧度測定實 實驗一金屬及高分子材料的拉伸力學(xué)實驗一、實驗?zāi)繙y繪低碳鋼、鑄鐵和工程塑料試件的載荷-變形曲線（F-ΔL曲線和斷面收縮率鑄鐵的抗拉強(qiáng)度測定低碳鋼、鑄鐵和工程塑料試件的彈性模量E二、三、材料的彈性模量E，屈服點σs，抗拉強(qiáng)度σb，延伸率δ、斷面收縮率ψ是由拉伸試驗測定的。試驗采用的圓截面試樣按（/T2282002）制成，1-1d0l0試樣要求010d0。中還規(guī)定了其他形狀截面的試樣，可適用于從不同的型材和構(gòu)件上試樣。1-1金屬拉伸試驗應(yīng)遵照（GB/T228-2002）在微機(jī)控制電子萬能試驗顯示屏上實時繪出試樣的拉伸曲線（也稱為F-ΔL曲線1-2所示。1-2低碳鋼試樣的拉伸曲線（圖1-2a）分為四個階段―彈性、屈服、強(qiáng)化、局部變形階段。如果在強(qiáng)化階段卸載，F(xiàn)-ΔL曲線會從卸載點開始向下繪出平行于初碳鋼的彈性模量EE

A0(LL0ΔF為相等的加載等級，ΔLΔF鑄鐵試樣的拉伸曲線（圖1-2b）比較簡單，既沒有明顯的直線段，也沒有屈σb較低，無明顯塑性變形。與電子萬能試驗機(jī)聯(lián)機(jī)的微型電子計算機(jī)自動給出低碳鋼試樣的屈服載荷FsFb和鑄鐵試樣的最大載荷Fb。聚合物拉伸試驗遵照（GB/T1040.5-2008）在微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)上進(jìn)行。試驗采用的雙產(chǎn)型試樣按（GB/T1040.5-2008）制成，如圖1-3所示。其標(biāo)準(zhǔn)試件聚合物的拉伸性能可通過其應(yīng)力-應(yīng)變曲線來分析，典型的聚合物拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1-4（左）所示。在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，以屈并在大部分該區(qū)域內(nèi)符合虎克定律。屈服點之后是塑性區(qū)，即材料產(chǎn)生性變1-4（右）所示的五種類型：①軟而弱；②雙鏟 啞鈴8字 長條 塑料拉伸試件標(biāo)準(zhǔn)試樣結(jié)構(gòu)示意 sFss

Fb bb

A0A1σsσbδ，和斷面收縮率ψ；鑄鐵的抗拉強(qiáng)度σb。如若實驗前將試樣的初始直徑d0，初始標(biāo)距長度結(jié)束后給出該材料的屈服點σs和抗拉強(qiáng)度σb。應(yīng)當(dāng)，上述所測定的力學(xué)性能均為名義值，工程應(yīng)用較為方便，稱為四、實驗步d0（ab）距長度0：在試樣標(biāo)距段的兩端和中間三處測量試樣直徑（工程塑料為寬度和高度，每處直徑取兩個相互垂直方向的平均值，做好記錄。三處直徑（工程塑料為寬度和高度d0初始標(biāo)距長度0。2．熟悉微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)的操作方法，運試應(yīng)用程活動橫梁，使試樣上端緩慢上夾頭的V形卡板中，鎖緊上夾頭（注：工程（鑄鐵無需安裝試樣、尺寸、材料等。設(shè)置完畢，可自定義文件名并確定工作 為保證實驗順利進(jìn)行，試驗時要正確的試驗條件，嚴(yán)禁隨意改動計算機(jī)實驗二金屬材料的扭轉(zhuǎn)力學(xué)實驗一、實驗?zāi)坑^察扭矩-扭轉(zhuǎn)角曲線（T-φ曲線測定低碳鋼的剪切屈服強(qiáng)度τs、剪切強(qiáng)度τb和鑄鐵的剪切強(qiáng)度二、三、軸旋轉(zhuǎn)。以實現(xiàn)對試樣施加扭荷。這時，從試驗機(jī)上可讀出扭矩T和對應(yīng)ΦTΦ遵照（GB/T10128-1988）采用圓截面試樣的扭轉(zhuǎn)試驗，可以測定τs和抗剪強(qiáng)度τb等。圓截面試樣須按上述制成（如圖2-1所示推薦采用直徑為10mm，標(biāo)距L0分別為50mm100mm，平行長度Le70mm120mm 金屬扭轉(zhuǎn)試件標(biāo)準(zhǔn)試樣結(jié)構(gòu)示意b中的T-φ曲線。2-2a可以看到，低碳鋼試樣的扭轉(zhuǎn)試驗曲線由彈性階段（oa段、屈服階段（ab段）和強(qiáng)化階段（cd段）構(gòu)成，但屈服階段和強(qiáng)化階段均不像拉伸10π以上。 b)鑄 2-2b所示的鑄鐵試樣扭轉(zhuǎn)曲線可近似地視為直線（與拉伸曲線相似，沒從扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)上可以試樣的屈服扭矩Ts和破壞扭矩Tb

sTs/WTT/W計算材料的剪切屈服強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，式中：Wd3/16 當(dāng)圓截面低碳鋼試樣橫截面的最外層切應(yīng)力達(dá)到剪切屈服強(qiáng)度s占橫服強(qiáng)度s時，試樣會表現(xiàn)出明顯的屈服現(xiàn)象，此時的扭矩比真實的屈服扭矩要大一些，對于破壞扭矩Tb2-3a所示低4-3b45o角的螺旋面，斷2-3材料的剪切彈性模量G遵照（GB/T10128-1988）可由圓截面試樣（截面二次極矩L和極慣性矩IpΔT和相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角增量ΔΦ實驗通常采用多級等增量加載法這樣不僅可以避免人為數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤差，而且可以通過每次載荷增量和扭轉(zhuǎn)角增量驗證扭轉(zhuǎn)變形的定律。注意到三個彈性常數(shù)E，μ，G之間的關(guān)系

料的彈性模量E和泊松比μ，計算得到材料的剪切彈性模量Gtr，如將計算值取作真值，可將測試得到的G值與Gtr四、實驗步測量試樣直徑d0，長度運行PowerTest五、實驗結(jié)L0，實驗報六、實驗注意事145o螺旋斷裂面23、剪切彈性模量G4、用拉伸試驗?zāi)芊耖g接測量材料的剪切彈性模量實驗三金屬及高分子材料的壓縮試驗一、實驗?zāi)繙y定低碳鋼的壓縮屈服強(qiáng)度σsE和鑄鐵的抗壓強(qiáng)度測定工程塑料的抗壓強(qiáng)度σc和壓縮模量2二、三、縮變形，直到試樣破裂或變形達(dá)到預(yù)先規(guī)定的數(shù)值（例如25%）為止。施加的負(fù)式中σ——壓縮應(yīng)力，MPa；A——試樣原始橫截面積，mm2折點（屈服點）MPa表示。MPa表示，它不MPaH0——試樣原始高度H——壓縮過程中任何時刻試樣的高度，mm試樣的壓縮變形除以試樣原始高度為壓縮應(yīng)變ε，H0——試樣原始高度H——壓縮過程中任何時刻試樣的高度，mmMPa-式中——試樣的壓縮模量，MPaσsσb（GB7314-87）3-13-2（磨光或加潤滑劑減少h0擦力對試樣中段的影響減少對影響較小此外如若試樣高度直徑比(h0/d0(h0/d)1h0/d03 金屬材料壓縮試件示意 圖3- 試樣與試驗機(jī)支承墊的摩擦示意進(jìn)行低碳鋼壓縮試驗時，為測取材料的壓縮屈服強(qiáng)度σs時仔細(xì)觀察F-Δl曲線的發(fā)展情況，曲線由直線變?yōu)榍€的拐點處所對應(yīng)的載荷即為屈服載荷Fs。材料屈服之后開始強(qiáng)化，由于壓縮變形使試樣的橫截面積不3-3a所示。因此無法測量低碳鋼的抗壓強(qiáng)度Fc，壓縮試驗載荷-變形曲線如3-3a所示。F-Δl曲線（3-3b）可看出，隨著載荷的增3-3b。由于單向拉伸、壓縮時的最大切應(yīng)力作用面與最大正應(yīng)力作用面約成45o 金屬材料的壓縮曲（PS3-1所示。3-1HaHabHdH避免試樣在受壓過程中，出現(xiàn)。規(guī)定一般細(xì)長比為10，對易于出現(xiàn)的6。端面各點的高度差不大于0.1mm，否則將影響。3-4可發(fā)性聚苯乙烯壓縮應(yīng)力-隨著實驗速度的增加，壓縮強(qiáng)度與壓縮應(yīng)變值均有所增加。實驗速度在驗。若沒有規(guī)定，則調(diào)整速度為1mm/min四、實驗步測量試樣尺寸：用游標(biāo)卡尺測量試樣高度h0為初始直徑d0，并用其計算截面初始面積A0；熟悉微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)的操作方法運試應(yīng)用軟件試樣、尺寸、材料等。設(shè)置完畢，可自定義文件名并確定工作 根據(jù)實驗中測得的數(shù)據(jù)，計算低碳鋼的壓縮屈服點σs，鑄鐵的抗壓強(qiáng)度σc，聚苯乙烯的壓縮屈服點σs、抗壓強(qiáng)度σc和壓縮模量E；五、實驗結(jié)H0，H， 實驗報六、實驗注意事為保證實驗順利進(jìn)行，試驗時要正確的試驗條件，嚴(yán)禁隨意改動計算機(jī)為什么無法測取低碳鋼的抗壓強(qiáng)度45o實驗四金屬及高分子材料的沖擊測定實驗一、實驗?zāi)繙y定低碳鋼、鑄鐵和工程塑料的沖擊韌性αk二、三、實驗原梁沖擊）試驗機(jī)的工作原理，如圖4-1所示。1-2-3-4-圖4-1W表示擺錘的重量，lE0為：從讀數(shù)盤直接沖斷試樣時所消耗功的數(shù)值。，VU形切口試使塑性變形局限在切口附近不大的體積范圍內(nèi)試樣一次就被沖斷，使斷裂就發(fā)生在切口處。αk對切口的形狀和尺寸十分銘敏感，切口越深、越，αk值越低，材料的脆化傾向越嚴(yán)重。因此，同樣材料用不同切口試樣測定的αk值VU形缺口的試樣進(jìn)行沖擊試驗，其中工程塑料的尺寸要4-1所示。，表--AB驗方定的條件下進(jìn)行沖擊性能的測定。讀出試樣受沖直到斷裂后的升角β或所吸收的能量Ak。試樣受到?jīng)_擊時，切口Ak值或通過揚角α和升角β計算吸收能量Ak值。Ak為試樣被沖斷所吸收的功。材料的沖擊韌性為：式中：值為完整材料的沖擊韌性，揚角和升角，單位°。h為試樣厚度，b1為完整缺口的寬度，b2為缺口試樣缺口底部剩余寬度，單位m。四、實驗步從控制面板讀數(shù)屏上記下試樣Ak五、實驗結(jié)Ak（或者α、β）、h、b1、實驗報六、實驗注意事沖擊時在場須站在擺桿擺動平面的兩側(cè)，嚴(yán)防迎著擺錘站立擺桿揚起，安放試樣時，任何人按動擺桿下落按鈕，以防擺桿下擺沖擊七、實驗五金屬軸件的疲勞演示實驗一、了解金屬材料S-N二、2三、過程。在工作應(yīng)力超過疲勞極限σr時，由于循環(huán)應(yīng)力的反復(fù)交變，構(gòu)件上應(yīng)力（裂紋擴(kuò)展區(qū)）和粗糙區(qū)（最后斷裂區(qū)5-1（R=5-1長。對于黑色金屬，如碳素鋼，若在某種交變應(yīng)力（1力107o107σmaxσr。但是，對于有色金屬和某些合金鋼卻不存在這一性質(zhì)降低交變應(yīng)力的應(yīng)力水平疲勞會增加在經(jīng)107No=107108或108稱為循環(huán)基數(shù)σmaxσr時，試件會對應(yīng)低于循環(huán)基數(shù)的某一N把相同循環(huán)特性及條件下疲勞試驗得到的一系列循環(huán)最大應(yīng)力σmax和N以及材料的疲勞極限σr，以σmax為縱坐標(biāo)，N為橫坐標(biāo)，繪制成交變最大應(yīng)力σmax與疲勞N的關(guān)系曲線即σmax-N曲（通常又稱為S-N曲線5-2所示。用S-N曲線可以表征材料的應(yīng)力疲勞性能。要測繪某種金屬材料的S-N13根以上標(biāo)準(zhǔn)光滑小試樣，設(shè)定五級應(yīng)力水平，測出一系列交變最大應(yīng)力σmax和相應(yīng)N的數(shù)據(jù)，用最佳擬合S-N曲線。試驗過程中對各級應(yīng)力水平要精心選擇，以便用盡量少的試樣獲得較理想的。 疲勞實驗σmax-N曲5-3所示。 四、實驗演示內(nèi)五、六、實驗注意事飛濺物眼睛；二、三、實驗原布氏硬度是在直徑為D（毫米）（kgf），壓入試樣表面（如圖6-1），2積A除所承受的平均壓力P（kgf/mm）之商值來表示布氏硬度值，符號為試驗時應(yīng)根據(jù)材料的預(yù)期硬度值并考慮試樣的厚度按GB231-63定硬度時，其布氏硬度值以符號HBS表示為：400HBS10/3000/30表6-1載荷P與鋼球D的載荷洛氏硬度是在先后兩次施加載荷（初載荷P0及主載荷P1）條件下，將標(biāo)準(zhǔn)壓頭（石圓錐體或小鋼球）壓入試樣表面來進(jìn)行的。圖6-2為測定洛氏硬度 石壓頭沒有和試樣接觸時的位置；1-1為加上初載荷P0后壓頭壓置；3-3為卸主載荷P1后（但仍保留初載荷P0） 深度為h3的位置。由圖可見，壓頭受主載荷P作用實際壓入深度h=h－h(huán), 用石壓頭時0.2毫米，黑色表盤刻度指示其值用鋼球壓頭時0.26種不同的洛氏硬度標(biāo)度。其中最常用的是A、B和C三種，其試驗規(guī)范及應(yīng)用范圍見表62。表6-2淬具鋼、淺層1/16石維氏硬度試驗是用一個相對面夾角為136o的石正四棱錐體壓頭，在一定均壓應(yīng)力P/A（kgf/mm2）作為維氏硬度值，以符號HV表示（一般不注單位）。維氏硬度試驗的載荷P可在.5～120kf范圍內(nèi)根據(jù)試樣硬度高低及厚薄進(jìn)行選擇。但常用的載荷為0.5、1、5、10、30kgf屬為1015秒，對有色金屬為302秒。維氏硬度試驗中載荷的選擇表63所示。圖6-1布氏硬度試驗原理圖6-2洛氏硬度試驗原理圖圖6-3測定維氏硬度的試樣其表面應(yīng)精心，在過程中應(yīng)防止因過熱或加表6-3

合理的載荷大?。╧gf）（在下列維氏硬度范圍內(nèi)20- 50- 100- 300-0.3- 5-0.5- 5- 10-1- 5- 10- 2- 10- 25- HV值應(yīng)附以相應(yīng)的下標(biāo)，注明試驗載荷值，例如375HV/30/20，即表示在度計不適用于塑料，邵氏硬度計的實驗原理如圖6-4所示。硬度值用符號HA 圖6- 邵氏硬度計的實驗原理100分度，每一分度相當(dāng)于一個邵氏硬度值。當(dāng)壓針或（gf為單位或（gf為單位 重錘，使硬度計下壓板對試樣有規(guī)定的壓力。對于邵氏A為1kg，邵氏D為5kg硬度計的測定范圍為2090之間，當(dāng)試樣用型硬度計測量硬度值大于90改用邵氏D型硬度計測量，用D型硬度計測量硬度值低于20時，改用A型硬度計測量。⑤TH200型邵氏A硬度計的功能設(shè)置變?yōu)椤?0.0”,按MAX鍵清零，然后再次按動MAX鍵進(jìn)量。平均值功能及測量次數(shù)功能設(shè)置：按下E鍵，屏幕上“00.0”同時屏幕上顯示E符號屏幕右下角顯示量次數(shù)此時應(yīng)立即進(jìn)量次數(shù)的設(shè)置。即按下E鍵不動，測量次數(shù)值在09范圍內(nèi)循環(huán)變化，達(dá)到要求設(shè)置的測量次數(shù)時立即松開EA鍵或反復(fù)按動EA鍵，直至達(dá)到要求設(shè)置的測量次數(shù)為止。測量次數(shù)設(shè)置完數(shù)秒后，硬度值顯示區(qū)恢復(fù)“00.0，同時測量次數(shù)值也變?yōu)椤?”，表明該功能設(shè)置成功，可以進(jìn)量。四、實驗步在維氏硬度計上測定硬質(zhì)合金刀頭及38oAlA氮化鋼的V值所得結(jié)果入表65。實驗結(jié)材料及熱處理狀 實驗報六、實驗注意事2.5倍；七、驗設(shè)備及試同情況下部破斷發(fā)展到臨界裂紋尺寸，剩余截面不能承受外界載荷時發(fā)生的完般也是材料中性能最弱或零件中應(yīng)力最大的部位。斷口型貌十分記錄了裂紋四、實驗步（一）宏觀斷口力軸交角為45°斷口特征：由于材料中含有過量的氫，沿某些薄弱部位，造成很大壓應(yīng)力從而形成裂紋，斷口往往是灰白色基體上顯現(xiàn)出白色的亮區(qū)，或者呈現(xiàn)以材料缺陷為的銀白色斑點，稱為魚眼型白點。試樣：作系列沖擊試驗后的斷口（注意保存于干燥器中（二）微觀斷口在斷口宏觀分析的基礎(chǔ)上，必要時可選好重點區(qū)域做斷口的微觀分析。微觀斷口分析系指用透射電鏡、掃描電鏡來觀察斷口形貌。透射電鏡研究斷口通常采用二次復(fù)型的方法，它能清楚地觀察斷口細(xì)節(jié)，而又不破壞斷口；掃描電鏡是一種較新的電子光學(xué)儀器成象感強(qiáng)放大倍數(shù)化范圍廣能從低倍到高倍連續(xù)觀察便于分析，而且可直接觀察斷口。它是斷口微觀分析的主要工具。本實驗采用國產(chǎn)掃描電鏡觀察幾種典型斷品的微觀形貌。合的結(jié)果，河流的流向是裂紋擴(kuò)展的方向，河流上游則是裂紋處。河流不穿過d）驗結(jié)果與報六、注意事實驗八電導(dǎo)率及介電常數(shù)的測定實驗一、實驗?zāi)砍醪秸莆諆?yōu)值計（Q表）的使用。優(yōu)值計（Q表）介電常數(shù)ε，表征電介質(zhì)電能的能力大小，是介電材料的一個十分重要tanδ來衡量，它是指每周期內(nèi)介質(zhì)的損耗能量與能量的比值。測定介電常數(shù)和介電損耗的儀器常用優(yōu)值計（Q表。優(yōu)值計由高頻信號發(fā)射器、LC8-1所示。8-1當(dāng)回路諧振，諧振電壓E0比外電壓EiQ倍。本儀器將Ei調(diào)節(jié)在一定的數(shù)值，因此，可以從測量E0的電壓表上直接讀出Q值。Q又稱為品質(zhì)因數(shù)。測定不加與加試樣時的Q值（以Q1、Q2表示）以及相應(yīng)的諧振電容C1、C2，則式中，h為試樣厚度，cm；D為電極直徑，cm四、實驗步Lx接線柱上（8-2