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目录第一章 硬度第二章 拉伸第三章 冲击性能第四章 压缩第一章 硬度刻划法 第一节 布氏硬度 第二节 洛氏硬度 第三节 维氏硬度第二章 拉伸 屈服强度 材料开始明显塑性变形时的应力值 l1的测定伸长率：设试样的标距为l0，拉断后若将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为l1 ，则 δ= (l1 － l0)/ l0×100％ 接着取长段所余格数(偶数a)之半得到C点，或者取长段所余格数(奇数b)减1与加1之半，分别得C和C1点，移动后的l1分别为 AO+OB+2BC 或 AO+OB+BC+BC1 二、试样 试样的尺寸和形状对材料的塑料性质影响很大，国家对试样尺寸作了标准化规定三、实验步骤（一）低碳钢的试件 1.试件准备用刻线机在标距l0范围内每隔5mm刻划一根圆周线，将标距分成10格(对短试件)或20格(对长试件)。用游标卡尺测量标距两端及中间三个横截面处的直径，在每一横截面内沿相互垂直的两个直径方向各测量一次取其平均值，用所得的三个平均值中最小的值来计算试件的横截面面积A0 3.安装试件先将试件安装在试验机的上夹头内，再移动下夹头使其达到适当位置，并把试件下端夹紧。 （二）灰铸铁试件 灰铸铁这类脆性材料拉冲时的载荷—变形曲线如图所示。它不象低碳钢拉伸那样明显地可分为弹性、屈服、颈缩、断裂等四个阶段，而是一根非常接近直线的曲线，并且没有下降段。灰铸铁试样是在非常微小的变形请况下突然断裂的，断裂后几乎不留残余变形。 注意到这些特点，可知灰铸铁不仅不具有σs ，而且测定它的δ和ψ也没有实际意义。因此，对灰铸铁只需测定它的强度极限σb就可以了。 取制备好的试样，测出其横截面积A0 ，然后装在试验机上逐渐缓慢加载．直到试样断裂，记下最大载荷Fb ，据此即可算得强度极限 σb = Fb / A0 第三章 冲击性能材料在冲击载荷（速度较高）作用下，其变形和破坏的过程: 弹性变形 → 塑性变形 → 断裂破坏 一、冲击韧性 σk （J / m2） σk = Ak/F F为试样缺口处的初始面积 σk 作为材料的冲击抗力指标，不仅与材料的性质有关，试样的形状、尺寸、缺口形式等都会对σk值产生很大的影响，因此σk只是材料抗冲击断裂的一个参考性指标。只能在规定条件下进行相对比较，而不能代换到具体零件上进行定量计算。 冲击实验的方法很多，但国际上常规冲击实验只有两种：简支梁式冲击弯曲实验：实验时试样处于三点弯曲受力状态。也称“夏比”(Charpy)冲击实验悬臂式冲击弯曲实验： 实验时试样处于悬臂弯曲状态，也称“艾佐”(lzod)冲击实验 （如图） 设摆锤的重力为F（N），摆锤旋转轴线到摆锤重心的距离为L（m），若将其抬起的高度为H（m）、则此时摆锤所具有的能量为： E1 = F ٠H = FL（1 – COS α）一、试样夏比冲击试样根据其缺口形状的不同要求可分为v型缺口试样和u型缺口试样两种类型。 2.U型缺口试样 ①标准试样：标准试样是尺寸10mm×10mm×55mm，在长度中部开有2mm深u型缺口的试样。其形状、尺寸及偏差见图(c)。 ②深u型试样，其形状和尺寸如图(d)所示。 ③辅助小尺寸试样与v型缺口试样一样，也可采用 7.5mm×10mm×55mm和5mm×10mm×55mm的两种辅助小尺寸试样，其缺口为2mm或5mm深U型。 试样开切口的目的是为了使试样在承受冲击时在切口附近造成应力集中，使塑性交形局限在切口附近不大的体积范围内，并保证试样一次就被冲断且使断裂就发生在切口处。. σk值对切口的形状和尺寸十分敏感，切口愈深，愈尖锐σk值愈低，材料的脆化倾向愈严重。因此，同种材料用不同切口试样测定的σk值不能相互换算和直接比较。二、步骤 (1)用精度不低于0.02mm的量具测量试样缺口底部处的横截面尺寸，其横截面尺寸应在规定偏差范围内。 (4)正确放置试样试样应紧贴支座安放，使缺口的背面朝向摆锤打击方向；试样缺口的搁置，应使用专用的定位规对中，使之位于两支座对称面上，其偏差不应大于±0.2mm。第四章 压缩 压缩试验时，材料的力学性能可以用压力和变形的关系曲线表示，称为压缩图。 图a为低碳钢的压缩图，由图可见低碳钢在压缩时存在弹性极限、比例极限、屈服极限。试验表明，低碳钢压缩时的屈服极限在数值上和拉伸时的相应数值差不多，只是屈服现象不如拉伸时那样明显。随着压力的增加，试样由鼓形变成扁饼状．而且越压越扁，不会发生压缩破坏，故不能测得其抗压强度极限。故一般均以屈服极限作为低碳纲的抗压强度的特征数值。 低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一股制成圆柱体，其高h0与直径d0之比在1至3的范围内。 其理由是：目前常用的压缩实验方法是两端平压法，这种压缩实验方法，试样的上、下两端与实验机承垫之间会产生根大的摩擦力，它们阻碍试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就可变小，因此抗压强度与比值h0/d0有关。 为了保证试样中心受压，两端面的平行度要好，且与试样轴垂直。实验时还必须加球形承垫，如图所示.它可以位于试祥上端，也可以位于下端。球形承垫的作用是当试详两端稍不平行，可起到自动调节对中加载的作用。 ④装好防护罩。 ⑤检查及试机 启动实验机，先提升活动平台，当试样的上端面靠近实验机上承垫时，应大大减缓活动平台上升的速度。注意：必须切实避免急剧加载。待试样上端面与上承垫接触受力后，用慢速预先加少量载荷。之后关闭送油阀，检查实验机各部分工作是否正常，自动绘图装置是否动作。 ⑥进行实验 开启送油阀，进行缓慢均匀地加载，并注意观察测力指针的转动情况，随时调整送油阀的进油量大小、以控制加载速度，同时要注意观察自动绘制的压缩曲线，以便及时而准确地判定其屈服载荷，并记录之。屈服阶段结束后．继续加载，并观察试样由原来的圆柱形．逐渐变成鼓形，将试样压成饼状后，关闭送油阀，停止加载。 ⑦实验完毕，关掉实验机电源，开启回油阀，使活动平台下降。卸载完毕，取下实验后的试样，观察变形情况。 二、铸铁压缩实验 铸铁压缩实验方法和步骤与低碳钢压缩实验的①-⑤相同。进行实验时，亦应缓慢开启送油阀，均匀地加载，同时注意观察测力指针的转动情况和自动绘制的曲线。当发现其压缩曲线开始明显变弯曲，测力指针的转动开始倒迟，这时试祥表面已产生微裂纹，且裂纹迅速扩展，这是试样破坏的前奏，操作者特别注意。当听到试样断裂的声响，马上停机，这时试样巳完全破坏。应关闭送油阀，开启回油阀，使活动平台下降，取下被压裂的试样，观察变形及断口形状，记录测力度盘上从动针所指示的力值，即Pb值。 第五章 剪切实际工程中所使用的螺栓、销钉、铆钉和键等构件，都是起连接作用的零件，主要承受剪切作用。 为了使计算简便，工程上通常采用近似的但基本符合实际的实用计算方法。即假定剪应力在剪切面内是均匀分布的。而且，在确定材料的极限应力的剪切实验中，使试件的受力条件尽可能地模拟实际零件的受力情况。在测得试件的最大载荷Pb后，仍然按剪应力在剪切面上均布的同样方法，算得该材料的剪切强度极限τb 即 式中A为试件横截面面积，Pb 为最大载荷。 低碳钢剪切实验步骤 (1)测量低碳钢剪切试件的直径d0 用游标卡尺在试件任一处沿互相垂直的两方向各测量一次，取其平均值作为d0 (2)预估低碳钢材料的剪切强度极限(其τ0约在500-600MPa之间)，根据试件直径估算破坏时所需最大载荷Pb，选择好实验机的量程及其相应的测力度盘。 (3)按要求将试件安装到剪切器上并将剪切器置于万能材料实验机的承垫上。 (4)缓慢均匀加力直至试件被剪断，试件剪断后，应立即关机，并读取试件被剪断时的破坏载荷Pb，然后取出试件，观察试件破坏后的形貌。 (5)整理工具和现场、关闭进油阀，打开回油阀，使实验机的工作台回复原位。第六章 扭转一、扭转试验特点 (3)扭转时试件横截面上扭转剪应力分布不均匀，表面最大，越往心部越小。因而它对表面缺陷以及表面硬化层的性能反映是很敏感的。工程上往往可以利用这一特性来检查零件热处理的表面质量和相对各种表面强化工艺进行研究。 通过圆柱形试件的扭转实验可以测出如下力学性能指标： ⑴剪切弹性模量G 由材料力学中的弹性应力公式知，此时在试件表面上的最大扭转剪应力为： ⑵剪切比例极限τp 在 T-φ 图上求出对T轴的正切比其直线部分的正切值大 50﹪的扭矩值 Tp，即可由下式： 设此时的扭矩值为 ，由静力学关系知．若在截面上任取一切向内力元素 ．则该横截面上所有切向内力元素 对圆心取矩之和即为该截面之扭矩，故有 对于没有明显屈服表征的材料，可以将产生残余剪应变为0.3％时的相应应力值作为条件屈服极限，并用τ0.3 表示，即 ⑷剪切弹性极限 随着对试件的继续加载，T-φ曲线开始上升，材料将进一步强化，此时，横截面上扭转剪应力的真实分布如图(d)所示，设此时剪应力与剪应变的关系为 τ= f (γ) 根据静力学关系，此时截面上所受扭矩可写为 若将 T-φ曲线的横坐标φ变换成θ，则可用图解法在 T-θ曲线中很容易地求得τmax 当 T=Tb 时，试件被扭断.设其时 ，则真实扭转强度为: 铸铁试件的T-φ曲线如图所示。从开始受扭，直至破坏，为一微弯的曲线.虽然其塑性变形较拉伸时大．但远不如压缩时明显。故可近似为一直线，并按弹性应力公式来计算其剪切强度极限，即实验方法与步骤一、剪切弹性模量G的测定 设与△T相应的扭转角增量为△φ，则在增量形式下的剪切弹性模量可改写为 将已装上扭角仪的试件一端先装夹在扭转实验机的固定夹头中．然后，将另一端装入主动夹头，试仲安装必须牢靠，以防实验时打滑。若使用镜式引伸仪测定扭转角，则应先将试件装在扭转机上，并对试件用慢速施加一初扭矩T0 ，然后再将镜式引伸仪(其构造和安装示意图如图所示)中的反射小镜装夹在试件标距的两端A、B处调节好镜式引伸仪的望远镜和刻度尺，并记录下两反射小镜在望远镜中的初读数A0和B0。当试件受扭后，装夹在试件上的反射镜就会随试件一起产生相对转动，在望远镜中的读数也将随之发生改变，设其分别为Ai和Bi，则A，B两截面的相对扭转角为 式中lA、lB分别为两反射镜与刻度尺之间的距离。由于镜式引伸仪是用光杠杆来放大A、B两截面转动时的相应弧长，因面当lA、lB 较大时，测量精度较高。但是要注意的是，在整个测试过程中不准碰动望远镜、刻度尺和反射镜。 然后，可改换快速电动加载，直至试件断裂。试件断裂后应立即停车井记下测力度盘上被动针所指示的最大扭矩Tb 。 三、铸铁剪切强度极限τb的测定 铸铁试件的实验方法和步骤与低碳钢基本相同同。可直接用电动快速加载，记下试件破坏时的最大扭矩Tb ， 并代入式 即可求很铸铁的剪切强度极限τb 。观察和分析铸铁的T-φ曲线和断口特征。第七章 弯曲 4.试样弯曲时，受拉侧表面的最大正应力： M—最大弯矩，对三点弯曲M=PL/4；对四点弯曲M=PK/2。 W—抗弯截面系数，对于直径为d的圆形试样， ；对于宽度为b，高为h的矩形试样， W=bh2/6 计算脆性材料的抗弯强度：（Mb为断裂时的弯矩，读出Pbb） 第八章 疲劳 第一节 布氏硬度HBW 在直径D的硬质合金球上，加一定负荷P，压入式样的表面，根据表面压痕的陷凹面积F计算出应力值，以此作为硬度值大小的计算指标。 t为压痕陷凹深度，πDt为压痕陷凹面积而 由图可知 如果要得到相等的HB值，就必须使二者的压入角φ相等，这就确定了P和D的规定的依据 由式可知要保证所得压入角φ相等，必须使 为一常数。 生产上常用的 值规定有30、10、2.5，根据金属种类不同而分别采用如表 第二节 洛氏硬度HR 第三节 维氏硬度HV 维氏硬度的测定原理和布氏硬度相同，也是根据应力值作为硬度值的计量标准。
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