材料力学性能测试

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,材料力学性能测试,目录,第一章,硬度,第二章,强度和延伸率,第三章,冲击韧性,第四章,压缩、剪切、扭转实验,第五章,超声波检测,第一章,硬度,第一节,布氏硬度,第二节,洛氏硬度,第三节,维氏硬度,第四节,显微硬度,刻划法型,硬度试验,金属在表面的不大体积内抵抗变形,或者破裂的能力,表征金属材料软硬,程度的一种性能,压入法型,硬度试验,硬度,:,第二章,强度、延伸率和冲击韧性,屈服强度,:,材料开始塑性变形的,拉伸试验时试样拉断过程中,最大试验力所对应的应力,抗拉强度,:,强,度,比例极限,P,弹性极限,e,屈服极限,0.2,工程常用的屈服极限,符合线性关系的最高应力,加载卸载后完全弹性恢复的最高应力,0.2,残留变形的应力,拉伸试验,实验试样,夹持部分用来装入试验机夹具以便夹紧试样,.,过渡部分用来保证标距部分能均匀受力,.,这两部分的尺寸及要求决定干试样的截面形,状和尺寸以及试验机夹具类型,.,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,强度指标,试验时利用试验机的自动绘图装置可绘出,低碳钢的拉伸图,延伸率,设试样的标距为,l,0,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,l,1,则其延伸率为,:,= (,l,1,l,0,)/,l,0,100,l,1,的测定,直测法,:,如断口到最近的标距的距离大于,l,0,/,3,则以直接测得的两标距端点间的长度为,l,1,首先在试验前用刻线机在试件表面上刻出将整个标距长度,l,0,分成,n,等分的圆周线,位移法,:,如断口到最近的标距的距离大于,l,0,/,3,在长段上从拉断处,O,取基本等于短段,格数,得到,B,点,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,C,1,点,移动后的,l,1,分别为,AO+OB+2BC,或,AO+OB+BC+BC,1,实验步骤,一,.,低碳钢的试件,1.,试件准备,用刻线机在标距,l,0,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,A,0,2.,试验机准备,根据低碳钢的强度极限,b,和试件的横截面面积,A,0,估算试件的,最大载荷,根据最大载荷的大小,选择合适的测力度盘,.,调整测力,指针,对准,”,零,”,点,并使随动针与之靠拢,同时调整好自动绘图,装置,.,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,.,4.,检查及试车,完成以上步骤后,开动试验机,预加少量载荷,(,其对应的应力不,能超过材料的比例极限,),后,卸载回,”,零,”,点,以检查试验机工作是,否正常,.,5.,进行试验,开动试验机使之缓慢匀递加载。注意观察测力指针的转动、,自动绘图的情况和相应的试验现象。当测力指针不动或倒退时,说,明材料开始屈服,记录屈服载荷,F,s,.,加载至试件断裂后停机，由随动,指针读出最大载荷,F,b,。取下试件，将断裂试件的两段对齐并尽量靠,紧，用游标卡尺测量断裂后标距段的长度,l,1,；测量断口,(,颈缩,),处的,直径,d,1,，计算断口处的横截面面积,A,1,。,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,s,，,而且测定它的,和,也没有实际意义。因此，对灰铸铁只需,测,定它的强度极限,b,就可,以了。,取制备好的试样，测出其横截面积,A,0,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,F,b,，据此即可算得强度极限,b,=,F,b,/,A,0,第三章 冲击韧性,材料在冲击载荷作用下,其变形和破坏过程,:,弹性变形 塑性变形 断裂破坏,弹性变形是以声速在介质中传播的,因而弹性总跟得上,外加载荷的变化,所以加载速度对金属材料的,弹性行为及相应的机械性能没有影响,.,塑性变形的传播则比较慢,若加载速度太快,塑性变形就,来不及充分进行,在宏观上表现为屈服强度与,静载时相比有较大的提高但塑性却明显下降,材料会产生明显的脆化倾向,.,冲击韧性,:,构件受冲击载荷作用而破坏所,消耗的能量除以面积,.,冲击韧性对于评定材料在冲击载荷作用下的,力学性能，鉴定原材料的冶金质量,及热加工后的产品质量、评定材料,的脆化倾向以及测定钢材的时效敏,感性等方面有很重要的作用。,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”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”冲击实验,（,如图,）,夏比冲击实验是将具有规定形状和尺寸的试样，放,在冲击实验机的试样支座上，使之处于简支梁状态。然,后使规定高度的摆锤下落，产生冲击载荷将试样折断，,如图,所示。夏比冲击实验实质上就是通过能量转换,过程测定试样在这种冲击载荷作用下折断时所吸收的,功。,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：,E,1,=,F,H,=,FL,（,1,COS,）,若摆锤下落折断试样后摆锤的高度变为,h,，则摆锤的,剩余能量为：,E,2,=,F,h,=,FL,（,1,COS,）,这两部分能量之差，即为金属试样在冲击载荷作用,下折断时所吸收的功,A,K,A,K,=,F,H,F,h,= FL,（,COS,COS,）,A,K,的单位是,N,m,，通常用,J,表示,（,1 J = 1N,m,）,冲击韧性,k,（,J / m,2,）为 ：,k,=,A,k,/,A,0,A,0,：试样缺口处的初始面积,k,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,k,值产生很,大的影响，因此,k,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。,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。,1. V,型缺口试样,标准试样，标准试样是尺寸为,10mm,10mm,55mm,在长度中部开有,2mm,深,v,型缺口的试样。,图,(a),辅助小尺寸试样，当板材厚度在,10mm,以下无法切取标,准试样时，则根据技术条件规定,.,可以采用如,图,（,b,）,所示,的两种辅助小尺寸试样，其宽度分别为,7.5mm,和,5mm,，试,样的其他尺寸及其偏差和缺口形状与图,(a),中的要求相同,.,2. U,型缺口试样,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),。,深,u,型试样，其形状和尺寸,如图,(d),所示。,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,.,k,值对切口的形状和尺寸十分敏感，切口愈深,愈,尖锐,k,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,k,值不能相互换算和直接比,较,实验步骤,(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,h,(2),根据所测试材料的牌号和热处理工艺，估计试样,冲击吸收功的大小，选择实验机的打击能量加上合,适的摆锤，使试样折断的冲击吸收功在所用摆锤最大,能量的,10,一,90,范围内,.,(3),进行空打实验。其目的是检查实验机是否处于正常工作状态。其方法是当摆锤自由下落时，使指针对准最大打击能量处。然后扬起摆锤空打检查此时的指针是否指零。其偏离不应超过最小分度的,1,4,。,(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,不应大于土,0.2mm.,(5),将摆锤接起，拨动指针指向最大打击能量处，然,后送开挂钩使摆锤下落冲断试样,并任其向前继续摆,动,直到达到最高点后回摆时,使用制动闸将摆锤刹,住,使其停止在垂直位置,记下指针在示值度盘上所,指的数值,即为冲击吸收功,A,k,回收试样,观察断口,.,第四章 压缩、剪切、扭转实验,第一节,压缩实验,第二节,剪切实验,第三节,扭转实验,第一节 压缩实验,对于一般金属材料而言从拉伸实验得到的力学性能指标即可,满足工程设计相应用的要求，但对于一些低塑性材料，如铸铁、高,碳钢、工具钢和铸铝合金等,由于这些材料在拉伸时呈脆性断裂,.,故,其塑性指标无法求得,.,但假若采用压缩实验却可以测出它们在韧性,状态下的力学性能；实际上，许多结构、零件是在压缩载荷下工作,的,所以研究材料在压缩时的力学性能,具有一定的工程实际意义,.,压缩实验时,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,拉伸时那样朗显。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,图,b,为灰铸铁压缩曲线。一般其抗压强度极限为抗拉强度极限的,3,至,4,倍。此外，还可测得灰铸铁压缩时的某些塑性指标，如相对压,缩率和截面扩展率等。灰铸铁压缩破坏断口为斜面,如图,.,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,h,0,与,直径,d,0,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感擦力,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,h,0,/d,0,有关。由,此可见，压缩实验的结果是与实验条件有关的。实验表明此值取,在,1,h,0,d,0,3,的范围内为宜。若小于,1,，则摩擦力的影响太大,若,大于,3,，虽然摩擦力的影响减少，但稳定性的影响却突出起来,.,为了,减小试样上、下端面与试验机承垫之间的摩擦力的影响，除了在实,验之前，将试祥两端面涂以润滑剂外同时还需保证试样端面加工,应有较高的光洁度，要求达到,1.6,至,0.8,。,为了保证试样中心受压，两端面的平行度要好，且与试样轴线垂,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，它可,起到自动调节对中加载的作用。,实验方法和步骤,一,.,低碳钢压缩实验,测定试样的截面尺寸 用游标卡尺在试样高度中央取一处予,以测量，沿两个互相垂直的方向各测一次,取其平均值作为,d,0,来,计算截面面积,A,0,.,用游标卡尺测量试样的高度,h,0,.,调整实验机 估算低碳钢试样的屈服载荷的大小，选择合适,的量程按实验机操作规程,调整因为指针使其对准废盘的零点,并调整好自动绘图装置。,安装试祥 将试祥两端面涂上润滑剂，并准确地安放在实验,机活动平台承垫的中心位置上。,装好防护罩。,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。,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。,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一,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,P,b,值。,第二节 剪切实验,实际工程中所使用的螺栓、销钉、铆钉和键等构件，都是起联,接作用的零件，故称其为联接件。联接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,P,b,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,b,即,式中,A,为试件横截面面积，,P,b,为最大载荷。,实验步骤：,(1),测量低碳钢剪切试件的直径,d,0,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,d,0,(2),预估低碳钢材料的剪切强度极限,(,其,0,约在,500,一,600Mpa,之,间,),，根据试件直径估算破坏时所需最大载荷,P,b,，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,P,b,，然后取出试件，观察试件破,坏后的形狡。,(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。,第三节 扭转实验,工程中许多传动件在扭转条件下工作，因此测定材料,在扭转条件下的力学性能，对传动件的选材和设计计算具,有实际意义。,扭转实验具有以下特点：,(1),扭转的应力状态软性系数,a,0.8,，因此，可用它,来测定那些在拉伸实验时呈脆性正断的材料,(,例如调质结,构钢和工具钢,),的塑性变形的抗力指标。,(2),在用圆柱形试件进行扭转试验时，由于在整个试,件长度内的塑性变形始终是均匀的，不会出现颈缩现象，,而且试件的截面尺寸及标距长度基本上保持不变。因此，,可用来精确评定拉伸时出现颈缩的塑性材料的变形能力和,抗力指标。,(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。,4),由于扭转时试件上任一点为纯剪切应力状态，故试件表面上,存在的,max,和,max,在数值上大体相等，而工程上许多金属材料的,k,真,k,真,所以，扭转试验是测定这些材料切断强度的可靠方法。,此外，根据扭转试件的断口持征可明确地区分材料最终断裂的方式,是正断还是切断。一般，塑性材料的扭转断裂面垂直于试件的线，,断口平整且有回旋状的塑性变形痕迹,(,图,a,),，这是由,max,造成的切,断,.,脆性材料的扭转断口呈螺旋状曲面,与试件轴线约成,45.(,图,b,),，,这是在,max,作用下产生的正断。在扭转试验中所出现的这二种典型,材料的不同断裂方式为分析材料的破坏原因和抗断能力提供了直接,而有效的依据,这一点是其他试验方法所不能相比的。,通过圆柱形试件的扭转实验可以测出如下力学,性能指标：,剪切弹性模量,G,材料的扭转过程可用其,T-,曲线,(,亦即扭转图）来描,述。,T,代表施加在试件上的扭矩，,代表试件上相为,l,0,的,两截面的相对扭转角。,图,分别为两种典型材料,(,低碳钢和,铸铁,),的,T-,曲线。,由低碳钢的扭转曲线可看出，在其直线部分,oa,段为弹,性阶段，在该阶段内试件横截面上的扭转剪应力和剪应变,呈线性分布。,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：,最大剪切力：,式中,d,0,为试件的直径；,l,0,为试件的标距长；,为试件的扭转截面模量,根据剪切虎克定律：,扭转试验时只需测出该阶段内的扭矩值,T,和其相应的扭转角,，,则可由上式求出剪切弹性模量,G,剪切比例极限,p,在,T,-,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,T,p,， 即可由下式：,得出这种规定条件的比例极限,p,剪切屈服极限,当扭矩超过,T,p,后，,横,截面上,剪,应力的分布不再,呈,线性,，,而,剪,应,变,仍保持线性分布,，,如图（,b,）,。,随着扭短的继续增加，试件表面,的剪应力将首先达到屈服极限,，但是由于试件内部的剪应力尚小,于,，所以，在试件表面的,剪应,力,暂时不再增加，而剪应变迅速,增加的情况下，试件仍能继续承裁。T,-,曲线稍微上升。随着扭矩,的不断增加；横裁面上剪应力达到,区域就会逐渐形成一个环状塑,性区,，,如图,(b),，,并不断地向圆心扩展直至横截面的应力,几,乎全,部达到屈服极限,，,如,图(c),后，试件才接近于全面进入塑,性，此,时，扭转机上的扭矩度盘上的指针出现了短暂的停留。,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,式中,为,dA,与圆心的距离。取离圆心为,，宽度为,d,的环形微面,积为,dA,，,如图（,c,），,则,dA,= 2,d,，将其代入上式得,故,由于上式是在横截面上扭转剪应力的分布情况,如图（,c,）,所示，即,材料呈理想塑性状态下推导得出的，因此上式称为扭转时剪切屈服,极限的弹塑性应力公式。,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,0.3,表示，即,T,0.3,为试件产生残余剪应变为,0.3,时作用在试件上的扭矩，其值,可用图解法或卸力法测定。由广义虎克定律和应变状态理论可以证,明，扭转时规定残余财应变为,0.3,，是与拉伸时规定的残余应变,值,0.2,相对应的。,剪切弹性极限,随着对试件的继续加载，,T-,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,= f (),根据静力学关系，此时截面上所受扭矩可写为,由于离圆心为,处的内层剪应变,式中,为单位长度扭转角,.,联立上式可得,式中 将上式两边对,微分,则有,在试件表面处的,所以,故,上式即强化后的真实剪应力计算公式,若将,T-,曲线的横坐标,变换成,则可用图解法在,T-,曲线,中很容易地求得,max,当,T=T,b,时,试件被扭断,.,设其时,则真实扭,转强度为,:,假设实验测得的,T-,曲线在最后部分与,轴接近平行,即 则上式便成为,上式即为剪切强度极限,b,的理论计算公式,.,而我国的国家标准,从指标的相互可比为出发点,规定扭转时的剪切屈服极限可采用如,下公式,而强度极限则采用,铸铁试件的,T-,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,试件受扭，材料处于纯剪切应力状态：在垂直于轴线与平行于,轴线的截面上仅作用着剪应力,而在与轴线成,-45,和,45,的截,面上，则分别作用有,1,=,3,= -,的主应力,如图,所示。由于低,碳钢材料在纯剪切应力状态下,其抗正断能力高于抗切断能力，故,低碳钢试件将沿最大剪应力所在的横截面剪断断口平齐，呈现了,切断断口的特征。而铸铁材料在纯剪切应力状态下，其抗正断能力,低于抗切断能力，所以铸铁试件将从其表面某一最弱处,沿与轴线,成,45,方向的螺旋状曲面被拉断,呈现了正断断口的特征,如图,.,实验方法与步骤,一、剪切弹性模量,G,的测定,用游标卡尺测量试件直径,d,0,。在试件标距范围内的上、中、,下部，取三个截面，每处沿正交方向测两次，取平均值。,拟定加载方案。采用等级加载法进行实验。其初扭矩,T,0,和最,大实验扭矩,T,n,可按下式确定：,其中,p,可从有关手册中查得或按,p,= 0.8,来估计。将,T,0,到,T,n,分成,n,级加载，每级的扭矩增量为,T,，即,该增量应使扭角仪或镜式引伸仪有明显的读数变化。,设与,T,相应的扭转角增量为,，则在增量形式下的剪切弹,性模量可改写为,安接扭角仪,(,或镜式引伸仪,),和试件。扭角仪的构造和安装示,意图,如图,所示。将扭角仪的两根臂杆,AC,和,BCD,分别装在试件标距的,两端,A,、,B,处，并将四周的定位螺钉拧紧，使螺钉的钉尖位于圆周刻,线上。当试件受扭时，固夹在试件上的,AC,、,BCD,臂杆就会绕试件轴,线而转动，推杆,BDE,将使安装在,AC,杆上的千分表指针走动。设指针,走动的位移为,，千分表顶杆与试件轴线的距离为,b,，则,A,，,B,两截,面间的相对扭转角为,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,T,0,，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,A,0,和,B,0,。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,A,i,和,B,i,，则,A,，,B,两截面的相对扭转角,为,式中,l,A,、,l,B,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,l,A,、,l,B,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。,用扭转试验机上的手摇装置慢速逐级加载，每加一级扭矩,增量，读取相应的扭转角增量,的读数，直至扭矩加到,T,n,；为,止,.,如各级扭转角增量,i,基本相等，这就验证了剪切虎克定律,.,取各级扭转角增量,i,的平均值，并代入式 即可求得,该次实验所测得的剪切弹性度量,G,。,二、低碳钢的剪切屈服极限,s,和剪切强度极限,b,测定,G,后，取下扭角仪（或镜式引伸仪），安装好绘图纸，,调节好机器零点，即可加载测试。,为便于观察和记录数据，初始阶段采用慢速或手摇加载。加,载必须均匀、缓慢，不得停顿。当测力指针前进速度渐渐减慢以至,停留不动时,(,注意：于此时指消止不动的时间较短，因此测量者必,须留心观察），及时记下该时的扭矩值,T,s,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,T,b,。,取下试件和绘图纸，观察和分析低碳钢的,T-,曲线和原画在试,件表面的纵向线的变形情况以及断口特征，测量扭断后试件的直径,及原画在试件表面上的二圆周线的距离，并与实验前的相应情况作,比较。,将原先在标距内上、中、下三处，沿正交方向所测得的试件,直径的三个平均值，取其最小者作为,d,0,来计算,W,T,。并根据国标,GBl0128,88,的规定,将,T,s,T,b,代入 和 从面求,出低碳钢的,s,和,b,。,三、铸铁剪切强度极限,b,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,T,b,，,并代入式 即可求很铸铁的剪切强度极限,b,。观,察和分析铸铁的,T-,曲线和断口特征。,第五章 超声波检测,超声波的特点,:,方向性好,穿透能力强,能量高,能产生反射、折射和波型的转换,对人体无害,超声场及介质的声参量简介,声压,P,：超声场中某一点在某一瞬间所具有的压强,与没有超声场存在时同一点的静态压强之,差。 单位,Pa,声强,I,：在超声波传播的方向上，单位时间内介质,中单位截面上的声能。单位,W/cm,2,声阻抗 ：超声波在介质中传播时，任一点的声压与,该点速度振幅,V,之比 单位,g/cm,2,.s,衰减系数：在传声介质中，单位距离内某一频率下声波能量的衰,减值叫做该频率下该介质的衰减系数。,扩散衰减：声波在介质中传播时，因其波前在逐渐扩展，,从而导致声被能量逐渐减弱的现象。它主要取,决于波形面的几何形状，而与传播介质无关,散射衰减：由于不均匀材料含有声阻抗急剧变化的界面，,在两种物质的界面上，将产生声波的反射、折,射和波型转换现象而导致声能降低。,吸收衰减： 由于介质质点间的内摩擦和热传导引起的声波,能量减弱的现象。介质质点的内摩擦、热传,导、材料中的位错运动、磁畴运动等都是导致,吸收衰减的原因,超声波检测方法,仪器选择：,适当的探伤仪与之匹配得当的探头是仪器选择工,作的主要内容。,探伤仪：,A,型显示、,B,型显示、,C,型显示、准三维显示和超,声透视等。,B,型显示可以显示出工件的某一纵断面的声像显示方法,C,型显示可以显示出工件的某一横断面的声像显示方法,探头选择：,缺陷的检出和缺陷大小与方位的确定。性能,稳定、结构可靠、使用方便，并能满足静压,力、温度等条件,试块选择：,标准试块（,STB,）,参考试块（,RB,）,测试探伤仪的性能、调整检测,灵敏度和声时的测定范围,针对特定条件而设计的非标准试,块，一般要求该试块的材质和热,处理工艺与被检对象基本相同,声波的耦合：,为了使探头有效地向试件中发射和接受超声,波，必须保持探头与试件之间良好的声耦合,共振法 ： 应用共振现象对试件进行检测的方法,常用于壁厚的测量，以及复合材料的胶合质,量、板材点焊质量、均匀腐蚀和金属板材内,部夹层等缺陷的超声波检测。,透射法 ： 将发射探头和接受探头分别置于试件的两个相,对面上，根据超声波穿透试件后的能量变化情,况，来判断试件内部质量的方法。,脉冲反射法：按照检测时所用的波型可分为纵波法、,横波法、表面波法、板波法,液浸法：在探头与试件之间填充一定厚度的液体介质作耦,合剂，使声波首先经过液体耦合剂，而后再入射,到试件中去，探头与试件并不直接接触，从而克,服了直接接触法的上述缺点。,第一节,布氏硬度,在直径,D,的钢珠上,加一定,负荷,P,压入被试金属的表面,根据金属表面压痕的陷凹面积,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,Dt,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,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,相等,必须使 为一常数。,生产上常用的 值规定有,30,、,10,、,2.5,三种，根据金属种类不同而分别采用,如表,布氏硬度试验的优缺点,代表性全面,优点：,缺点：,不适合要求迅速检定大量成品,.,试验数据稳定,试验数据从小到大可以统一,钢球本身变形问题,不宜于某些表面不允许有较大压痕的成品检验,不宜于薄件试验,第二节 洛氏硬度,由顶角为,120,的金刚石圆锥体制成,适于测定淬火钢材等较硬的金属材料,洛氏硬度的压头,硬质,软质,直径,1/16 (1.5875mm) 1/8 (3.175mm),钢球,适于退火钢,有色金属等较软材料硬度值的测定,.,洛氏硬度所加负荷根据被试金属本身硬软不等作不同规,定，随不同压头和所加不同负荷的搭配出现了各种称号的,格氏硬度级，,如表,所示。而洛氏硬度以压痕陷凹深度,t,作,为计量硬度值的指标,.,洛氏硬度的测量过程,洛氏硬度的优缺点,优点,缺点,适用各种不同硬质材料的检测,压痕小不伤工件表面,操作迅速 效率高,硬度值无法统一,缺乏代表性,第三节 维氏硬度,维氏硬度的测定原理和布氏硬度相同，也是根据单位压痕陷凹面积上承受的负荷，即应力值作为硬度值的计量标准。,维氏硬度采用锥面夹角为,136,的四方角锥体，由金刚石制成 。,维氏硬度的优缺点,优点,缺点,解决了布氏硬度中负载和压头,直径的问题规定条件的约束,统一了硬度值,可以测量任何软硬的材料,负荷大小可以任意选择,生产效率低,第四节 显微硬度,显,微,硬,度,的,压,头,维氏压头：压头和宏观的维氏硬度压头一样,只是在金刚石四方锥的制造上和,测量上要更加严格,努氏压头,:,菱形的金刚锥体,形貌如下图,努氏硬度按以下公式计算：,C:,制造厂提供的常数,L:,长对角线的长度以,um,计,A:,投影面积,图片,低碳钢的扭转图,铸铁的扭转图,