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1、材料力学性能实验讨论课,组 别：材料11班 第二组组 长：杨 波讲解人：王冰雪、于中政、杨波组 员：史沛然、王冰雪、王小林 吴少杰、杨 波、于中政 杨子明、赵恒乐、张伟耀 戴 俊、殷梦烨、王嘉祎,实验一 金属材料静拉伸试验,使学生进一步深入了解材料在静拉伸条件下拉伸曲线的测试，表征的主要力学性能指标，力学性能指标的计算方法、物理意义及其在工程应用中的作用。掌握金属材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率的测试与计算方法，并了解这些指标在工程应用中的实际意义。,二、实验原理,金属材料的拉伸过程主要分为弹性阶段、塑性阶段和断裂。,一、实验目的,1.屈服强度的测定（1）具有物理屈服平台材料屈服强
2、度测定Rel=Pel/S0(Pel：下屈服点的力)（2）无物理屈服平台材料屈服强度测定国家标准将该类屈服强度定义为规定非比例延伸强度。通常工程应用中规定非比例延伸率大多设定为标距的0.2%，即屈服强度为拉伸试样标距塑性应变量在0.2%条件下的应力值。RP0.2=PPO.2/S0 2.材料抗拉强度的测定 Rm=Pmax/S03.断后延伸率测定 A=(LU-L0)/L04.断面收缩率测定 Z=(S0-SU)/S0*100%1）电子拉伸材料试验机一台，型号CSS-88100；2）位移传感器一个；3）刻线机一台；4）游标卡尺一把；5）铝合金和20#钢。,三、实验设备,1.实验记录,表1 试样的原始始直
3、径测量数据（单位：毫米）,铝合金 L0=66.00mm 断后的平均标距为 72.70 mm 拉断后的断面直径平均值 9.428mm,20#钢 L0=79.97 mm 断后的平均标距为 105.01 mm 断口的直径平均值为 5.83mm,四、实验记录及数据处理,2.实验结果,1、20#钢（正火态）试样（有明显屈服平台的材料）20#钢正火材料试样的应力应变曲线见下图。,读图可得Rel(屈服平台的屈服强度),Rm（抗拉强度）,2、铝合金试样（不具明显的屈服平台）铝合金材料试样常温拉伸实验应力应变曲线如图。,由于铝合金材料不具有明显的物理屈服平台，其屈服强度一般定义为“规定非比例延伸强度”。即在横轴
4、上取应变为0.2%的点（红色线条），对应的应力即为铝合金的屈服强度。,断面收缩率：,所得结果综合如下表：,断口处可以看出有三个区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏，有较大的塑性变形；2.放射区，表面较光亮平坦，有较细放射状条纹；3.剪切唇，轴线成45角左右的倾斜断口,断口为和试样中轴线大约成45角的纤维状断口，没有颈缩，应该为为切应力达到极限，发生韧性断裂,20钢,铝,1、提高金属材料屈服强度的方法。答：影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服
5、强度，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强化和弥散强化；(4)晶界和亚晶强化。沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。影响屈服强度的外在因素有:温度、应变速率、应力状态。随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。2、为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率衡量？它们的工程意义是什么？答：为了确定材料的塑性变形能力以及量化比较其塑性变形能力，而且保证塑
6、性的度量标准真正反映材料本身的塑性好坏，而不受试样的长度和几何形状的影响，故采用延伸率和断面收缩率这两个指标来衡量。断后延伸率越大，断面收缩率越大，材料的塑性就越好，反之相反。而且实验表明：断面收缩率和材料的缺口敏感度有一定的关系，断面收缩率较低时，材料就对缺口比较敏感,五、思考题,实验三 金属材料形变硬化指数（n）的测定,一、实验目的,1.掌握如何正确的进行拉伸试验的测量；2.观察拉伸过程中的各种现象，绘制载荷-位移图；3.通过拉伸实验的条件应力应变曲线，计算形变硬化指数。,二、实验原理,1.在拉伸试验中绘制条件应力-条件应变曲线2.设定不少于5个等分条件应变点，并找出各条件应变点和对应的条
7、件应力值3.计算各点真实应力和真实应变。,三、实验设备,1）电子拉伸材料试验机一台，型号CSS-88100；2）位移传感器一个；3）游标卡尺一把；4）铝合金和20#钢试样各一根。,1.实验数据记录及处理,四、实验记录及数据处理,2.实验结果,附：真实应力-应变对,实验二 金属材料弹性模量（E）的测定,一、实验目的 学习和掌握材料弹性模量的测试原理和方法，理解材料弹性模量的物理本质和实际应用意义。二、实验原理 本次试验测量金属材料的弹性模量采用的方法是静态测量法，在设定曲线参数时，力轴比例的选择应使轴向力轴向变形曲线的弹性直线段的高度超过力轴量程的3/5以上，变形放大的倍数应使轴向力轴向变形曲线
8、的弹性直线段与力轴的夹角不小于40，确定直线段后，按Hooke定律计算弹性模量，即：式中：E：杨氏模量（MPa）；:轴向力增量（N）；：试样平行长度部分的原始横截面积（）；：轴向变形增量（mm）；：横向引伸计标距（mm）。,三、实验设备,1）电子拉伸材料试验机一台，型号CSS-88100；2）位移传感器一个；3）游标卡尺一把；4）铝合金、黄铜、T8钢和20#钢试样各一根。,四、实验记录及数据处理,1.实验原始数据记录,根据实验数据和式计算四种试样的弹性模量分别为：（1）黄铜试样 Gpa（2）铝合金试样 GPa（3）20#钢试样 GPa（4）T8钢试样 Gpa,2、数据处理,五、思考题,1.说明
9、用图解法测定试样弹性模量的过程。答：在设定曲线参数时，力轴比例的选择应使轴向力轴向变形曲线的弹性直线段的高度超过力轴量程的3/5以上，变形放大的倍数应使轴向力轴向变形曲线的弹性直线段与力轴的夹角不小于40，如图确定直线段后，按Hooke定律计算弹性模量，即：,2.金属的弹性模量主要取决于什么？为什么它是一个对结构不敏感的力学性能？答：金属的弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的结合力。而金属材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对结构不敏感的力学性能。,实验九 高分子材料拉伸实验,一、实验目的,1.熟悉高分子材料在不同的实验条件下拉伸过程中的基本特征；2.了解影响高分子材料力学性能的
10、主要因素；3.掌握微控拉力机基本原理及使用方法。,二、实验原理,相对分子质量大于10000以上的有机化合物成为高分子材料，它是由许多小分子聚合而得到的，故又称为聚合物或高聚物。不同高分子材料在拉伸过程中大致可分为三种类型。,三、实验设备及材料,电子拉力试验机；PVC试样；聚酯薄膜；冲片机；厚度计。,四、实验条件,1.试验环境热塑料材料为252，热固性材料为255，相对湿度为655%。2.试验速度a.压制，压层（玻璃钢）板材和其他板材为105mm/minb.伸长率较大的硬质和半硬质热塑性材料（聚酰胺，聚乙烯，聚丙烯，聚四氟乙烯等）为505mm/minc.软板、软片、薄膜当相对伸长率100%时，用
11、10010mm/min；相对伸长率100%时，用250mm/min，可在1000mm/min内变动。d.测量材料模量时，标距为50mm，试验速度用1-5mm/min。测量形变准确到0.001mm，初载为破坏载荷的5-10%。,1.分析对比不同的高分子材料的拉伸力学性能。解：从实验结果图上可以明显看出聚酯薄膜和聚苯乙烯两种材料在拉伸力学性能上是截然不同的。聚酯薄膜在初加载阶段曲线急剧下降，之后继续加载出现明显的屈服平台，达到屈服极限后应力随加载的增大而增大，处于形变硬化阶段。比起聚苯乙烯，聚酯薄膜强度更高，直到断裂强度后才断裂。观察聚苯乙烯拉伸曲线克制，加载一开始应力就随载荷增大而增大，直到断裂都没有出现屈服现象，其强度较低。两种材料相比，聚酯薄膜的硬度和强度都较好，聚苯乙烯的韧性相对较好。2.分析实验条件对拉伸性能的影响。解：1）温度增大，分子内活动加速，材料宏观性能变得软而韧，其拉伸强度降低而伸长率增大。2）拉伸速率直接影响材料抵抗外载荷的表现，拉伸速度增大，材料来不及发生变化而表现出相对脆性的断裂。3）湿度对材料的影响类似于温度，断裂强度减小，伸长率增大。,六、思考题,
