材料力学性能测试.ppt

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1、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

2、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 则其延伸率为:=(l1 l0)/l0100,l1的测定,直测法:如断口到最近的标距的距离大于l0/3,则以直接测得的两标距端点间的长度为l1,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l0分成n等分的圆周线,位移

3、法:如断口到最近的标距的距离大于l0/3,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C1点,移动后的l1分别为 AO+OB+2BC 或AO+OB+BC+BC1,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A0,2.试验机准备 根据低碳钢的强度

4、极限b和试件的横截面面积A0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Fs.加载至试件断裂后停机，由随动指针读出最大载

5、荷Fb。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l1；测量断口(颈缩)处的直径d1，计算断口处的横截面面积A1。,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F

6、b，据此即可算得强度极限 b=Fb/A0,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

7、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

8、为：E1=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：E2=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AK AK=F H F h=FL（COS COS）AK 的单位是 Nm，通常用 J 表示（1 J=1Nm）,冲击韧性 k（J/m2）为：k=Ak/A0 A0：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

9、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10mm10mm55mm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10mm10mm55mm，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

10、样一样，也可采用75mm10mm55mm和5mm10mm55mm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

11、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14。,(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,

12、记下指针在示值度盘上所指的数值,即为冲击吸收功Ak,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

13、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

14、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h0/d0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1h0d03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

15、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d0来计算截面面积A0.用游标卡尺测量试样的高度h0.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

16、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

17、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Pb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。

18、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b 即式中A为试件横截面面积，Pb 为最大载荷。,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Pb，选择好实验机的量程及

19、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a0.8，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

20、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

21、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l0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

22、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d0为试件的直径；l0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 Tp，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 Tp 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

23、，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

24、，宽度为d的环形微面积为dA，如图（c），则 dA=2d，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,T0.3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

25、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=Tb 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

26、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

27、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d0。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T0和最大实验扭矩Tn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T0到Tn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、

28、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

29、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。,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Tn；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

30、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Ts,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。,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

31、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d0来计算WT。并根据国标GBl012888的规定,将Ts,Tb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Tb，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

32、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/cm2,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/cm2.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

33、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

34、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

35、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

36、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

37、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,