材 料 力 学 性 能 实 验 报 告.

材 料

学 性 能 实院系：材料学院 姓名：王丽朦 学号：200767027 验 报 力 告

实验目的：

通过拉伸试验掌握测量屈服强度，断裂强度，试样伸长率，界面收缩率的方法；

通过缺口拉伸试验来测试缺口对工件性能的相关影响；

通过冲击试验来测量材料的冲击韧性；

综合各项试验结果，来分析工件的各项性能；

通过本实验来验证材料力学性能课程中的相关结论，同时巩固知识点，进一步深刻理解相关知识；

实验原理：

1)屈服强度

金属材料拉伸试验时产生的屈服现象是其开始产生宏观的塑性变形的一种标志。弹性变形阶段向塑性变形阶段的过渡，表现在试验过程中的现象为，外力不增加即保持恒定试样仍能继续伸长，或外力增加到某一数值是突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情

况下，试样继续伸长变形，这便是屈服现象。呈现屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长时的应力称为屈服点，记作σs；

屈服现象与三个因素有关：(1)材料变形前可动位错密度很小或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为杂质原子或第二相质点所钉扎；(2)随塑性变形发生，位错快速增殖；(3)位错运动速率与外加应力有强烈的依存关系。 影响屈服强度的因素有很多，大致可分为内因和外因。

内因包括：金属本性及晶格类型的影响；晶界大小和亚结构的影响；还有溶质元素和第二相的影响等等。通过对内因的分析可表征，金属微量塑性变形抗力的屈服强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标，受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工艺都可使屈服强度产生明显变化。

外因包括：温度、应变速率和应力状态等等。总之，金属材料的屈服强度即受各种内在因素的影响，又因外在条件不同而变化，因而可以根据人们的要求予以改变，这在机件设计、选材、拟订加工工艺和使用时都必须考虑到。

2)缺口效应

由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的“缺口效应”，从而影响金属材料的力学性能。

缺口的第一个效应是引起应力集中，并改变了缺口前方的应力状态，使缺口试样或机件所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或三向应力状态，也就是出现了σx（平

面应力状态）或σy与σz（平面应变状态），这要视板厚或直径而定。

缺口的第二个效应是使塑性材料强度增高，塑性降低。综合而言，无论脆性材料或塑性材料，其机件上的缺口都因造成两向或三向应力状态和应力应变集中而产生变脆倾向，降低了使用的安全性。为了评定不同金属材料的缺口变脆倾向，必须采用缺口试样进行静载力学性能试验。一般采用的试验方法是缺

口试样静拉伸和缺口试样静弯曲。

3）冲击作用

为了评定金属材料传递冲击载荷的能力，揭示金属材料在冲击载荷作用下的力学行为，就需要进行相应的力学性能试验。冲击载荷与静载荷的主要区别，在于加载速率不同。加载速率是指载荷施加于试样或机件时的速率，用单位时间内应力增加的数值表示。冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，常用标准试样的冲击吸收功Ak来表示。试验是在冲击试验机上进行的。

实验仪器：

拉伸试验机和摆锤式冲击试验机；

实验步骤：

1）圆棒试样的拉伸试验

（1） 分组领取试样，用卡尺对原始试样的长度和直径进行测量。在

测量直径的过程中要选取几个不同的部位进行测量，求平均值。

（2） 在拉伸试验机上对圆棒试样进行拉伸并记录其断裂时拉力。

（3） 测量断裂后的试样的长度和断口处的面积。

（4） 数据处理求出屈服强度、断裂强度、试样伸长率和断面收缩率。

2）缺口试样的拉伸试验

（1） 分组领取试样，测量原始试样的长度和缺口处的直径（试验中

已给出）。

（2） 在拉伸试验机上对试样进行拉伸并记录其断裂时拉力。

（3） 测量断裂后的试样的长度和断口处的面积。

（4） 数据处理求出屈服强度、断裂强度、试样伸长率和断面收缩率。

3）冲击韧性试验

（1） 取常温下的试样在冲击试验机上进行冲击试验，并记录重锤的

起始位置和试样断裂时反弹的位置。

（2） 取液氮温度下的试样在冲击试验机上进行冲击试验，并记录重

锤的起始位置和试样断裂时反弹的位置。

（3） 数据处理计算冲击韧性。

数据记录及处理：

1, 圆棒试样拉伸试验

实验结果

Ps=27kN, Pb=42kN

D0=10.07mm, S0=79.485mm2

L0=50mm

D1=6mm, S1=28.274mm2 L1=69.5mm

σs=Ps/S0, σb=Pb/S0

屈服强度σs=339.815N/mm2 断裂强度σb=528.402N/mm2

试样伸长率δ=ΔL/L0*100%=39% 断面收缩率ψ=(S0-S1)/S0=64.42%

2, 圆棒缺口试样拉伸试验 实验结果

Ps=24.5kN, Pb=34.5kN

D0=8mm, S0=50.265mm2 L0=40mm

D1=6.21mm, S1=30.27mm2 L1=46.2mm

屈服强度σsn=487.417N/mm2 断裂强度σbn=686.7N/mm2

试样伸长率δ=ΔL/L0*100%=15.5%

断面收缩率ψ=(S0-S1)/S0=39.7%

根据上次实验的数据， 没有缺口时的断裂强度σb=528.402N/mm2 塑性变形判据， 即断裂敏感系数qe=σbn/σb=1.299>1, 说明断裂之前有塑性变形过程。

思考题： 既然通过实验结果可一看到加了缺口以后的断裂强度大于没有缺口时的断

裂强度， 那么为什么工程中使用的结构件部人为制造一些缺口来增加其断裂韧性？

不可以， 因为这样做干起来断裂韧性增加了， 但是材料变成了脆性的， 加工性能等变差。

断口试样冲击断裂试验

使用的试样为标准矩形短试样， 尺寸为55*10*10mm

实验在三个不同的温度下进行（即实现将试样置于三个不同的温度下预处理）；到的结果如下

冲击韧性Ak=PH-Ph=PL(cosβ-cosα)

而且已知P=25.118kg， L=0.661m

结合这些已知数据以及上表可以得到该试样在不同温度条件下的冲

击韧性

得

实验体会：

通过本次实验使我进一步了解了屈服强度的概念和意义，同时使我对静载荷和冲击载荷的区别有了进一步的体会，也进一步了解了冲击载荷的危险性，同时也进一步了解了缺口在试样断裂过程中所起的作用。

通过本实验也是我对相关实验仪器的应用有了一定了解，对力学性能试验的基本原理方法，有了一个初步的认识。