实验三 材料切变模量G的测定

材料的切变模量G，是计算构件扭转变形的基本参数，测定切变模量的方法有很多种，我们主要介绍电测法测定切边模量G 一、 实验目的

1、 了解电阻应变测试方法测定材料扭转时的剪切弹性模量G的方法 2、 测定试件材料的剪切弹性模量 3、 理解剪切弹性模量的定义和变形方式 二、 实验设备

1、 XL?2101C?程控静态电阻应变仪?静态电阻应变仪一台 2、 电子扭转试验机

三、 实验原理和方法

依照国标GB10128—88的规定，材料扭转时，剪应力与剪应变成线性比例关系范围内剪应力?，与剪应变?之比称剪切弹性模量或切边模量，以G表示即 上式中的?和?均由实验测定，其方法如下： 1、?的测定

在圆柱形试样的前后表面A、C两点处分别贴应变片 式中：Wp为圆管的抗扭截面系数 2、?的测定

选择全桥接线使得应变仪产生的读数应变均由扭转切应力引起则有?d?2?r?4?45o，薄臂圆筒上任意一点均为纯剪切应力状态 如图

根据广义虎克定律??45o??1???， 由此，???r由G??45??3??，

o??可得

实验采用等量逐级加载法，设各级扭矩增量为?Ti，应变仪读数增量为??ri，从每级加载Gi??T

WP??ri1n采用同样的方法测试材料的剪切模量n次，则G??Gi

n1四、 实验步骤 1、 组桥接线

2、 采用分级加载法，先预加100Nm的初载荷检查装置和应变仪是否正常工作。 3、 将应变仪调零，然后以?M?100Nm进行分级加载，直至Pmax?500Nm 4、 分别记录?ri和?ri，进行数据处理，整理实验报告。

‘实验四 金属材料布氏硬度

实验五 金属材料洛氏、维氏硬度实验

一、【实验目的】

1.了解布氏、洛氏、维氏硬度测定的基本原理及应用范围。 2.了解布氏、洛氏硬度机的主要结构，初步掌握操作方法。 3.根据不同金属材料的零件性能特点，选定测定硬度的方法。 二、【实验设备及试样】 设备： 型布洛维硬度计 试样：

45# 20# T10 65Mn 40cr Ф50×12 Ф15×13 Ф20×12 Ф30×10 Ф16×14 Ф10×15 灰口铸铁

5 1) 载物台——放置试样的地方；

2) 升降丝杆——使载物台能上升或下降； 3) 手轮——使丝杆产生上下移动；

3

4) 压头——压头由淬火后的钢球制成，钢球的直径有，5，20mm三种； 8

4 5) 指示灯——用于表示加载荷过程； 1 6）加荷按钮——用于施加载荷；

6

7）压紧螺钉——用于固定时间定位器；

7

2

8) 时间定位器——用于控制加载时间

9) 载荷砝码——用砝码可组成、250、750、1000、3000kgf的载荷。 三、布氏硬度试验 （一）试验原理

用一定直径的淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，并在规定载荷下保持一定的时间后卸除压力，于是在试件表面留下压痕，单位压痕表面积A上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值，用HB表示，（图省略） 式中 P——施加的载荷，单位为kgf； D——压头直径，单位为mm； d——压痕直径，单位为mm

上式表明，当压力和压头直径一定时，压痕直径越大，则布氏硬度越低，即材料的变形抗力越小；反之，布氏硬度值越高，材料的变形抗力越高。试验时，如果压头直径、载荷根据试样选择故已知，只要测出压痕的直径便可以求出材料的布氏硬度值。 （二）试样技术条件

1. 试样表面应平整光洁，不得有氧化皮或油污及明显的加工痕迹。 2. 试样厚度应大于压入深度的8倍。

3. 在试样制备过程中，应尽量避免试样受热及冷加工对硬度测试的影响。 4. 布氏硬度试验时，压痕中心到试样边缘的距离不应小于压痕直径的倍，相邻的压痕中心距离不应小于压痕直径的3倍。

【试验规范】

表布氏硬度试验规范

金属类别 布氏硬度(HB) 试件厚度(mm) >6 >140 钢 铁 <140 6~3 <3 >6 6~3 <3 >6 >130 有色金属及其合金 36～130 6~3 <3 >6 6~3 <3 压头直径D(mm) 10 5 10 5 10 5 10 5 3000 750 1000 250 3000 750 1000 250 10 30 铜、黄铜、青铜、铝、镁合金等 30 10 10 10 30 10 载荷P(kgf) K 载荷保持时间(S) 注 >6 8~35 6~3 <3 10 5 250 60 纯铜、铅、锡合金、轴承合金等 （三）实验步骤 ①据试验材料和试样厚度按表 1-1布氏硬度试验规范选择球体直径D、试验力F的大小和试验力作用保持的时间。并用无酸汽油清洗其钢球附着的防锈油，用棉花或质地较软的纱布擦拭干净，装入主轴衬套内。

②将试样平稳地放在工作台上，顺时针转动升降手轮，使试样测试表面垂直于钢 (硬质合金)球加力方向，直至试样与球体紧密接触手轮空转为止。 ③打开电源开关，待电源指示灯亮后，再启动按钮开关，当加荷指示灯明亮时，表示试验力开始加上，此时立即拧紧定时压紧螺钉，即自动开始计时，达到预定加力时间后，转动即自行停止。

④验证压痕对组织硬化的影响，即在规定两压痕中心距离范围内和范围外打硬度进行比较。

⑤关闭电源，反时针方向转动手轮，使工作台下降，取下试样。用读数显微镜测量压痕直径d，用所得结果从有关对照表中查找相应的硬度值。 四、洛氏硬度试验 （一）试验原理

洛氏硬度实验是将压头在一定压力下压入被测材料的表面，直接测量压痕深度，并根据压痕深度定出材料的硬度。这是与布氏硬度定义的主要不同之点。压痕越深则硬度值越低，反之则硬度值越高。为保证压头与试样表面接触良好，测洛氏硬度时先加预载荷(一般为98.07N?10kgf?)，然后再加主载荷，所加的总载荷大小，视被测材料的软硬而定;洛氏硬度?HR?的计算公式为（图省略）

HR?K?h1?h2S

其中

KHR——洛氏硬度；

——常数，用金刚石圆锥压头时为100，用钢球压头时为130； h2——加10kgf预载荷时产生的压痕深度?mm?；

h1——卸除主载荷但保留预载荷时的压痕深度?mm?；

S——常数，为0.002mm，即压头每压入0.002mm深度，相当于1个计量单位。

（二）试样技术条件

洛氏硬度试验因压痕小，故试样要求表面光滑、无氧化皮、凹坑和明显的加工痕迹，试验面的粗糙度Ra不应低于。同样，试样在加工过程中，不应因受热或冷加工硬化而改变材料的性能。试样或试验层最小厚度应不小于压痕深度的8倍。

表 1-2 常用三种洛氏硬度实验规范

硬度符标尺 号 压头类型 F0/N F0/N F0/N 初始载荷主载荷总载荷测量硬度应用举例 范围 顶角为120的金刚石圆锥体 ?硬质合金、硬化薄钢 20～88 板、表面薄层硬化钢 ?1.588mm钢球 低碳钢、铜合金、铁素 20～100 体可锻铸铁 顶角为120的金刚石圆锥体 ?淬火钢、高硬度铸件、 20～70 珠光体可锻铸铁 （三）实验步骤 1、试验前的准备工作

（1） 试样的准备：必须设法处理使其表面洁净，光滑； （2） 试台的选择及安装：根据试样形状及尺寸选用合适的试台； （3） 总试验力的预选：试验力的变换务必在试验前完成； 2、洛氏硬度计的测试程序

（1） 插上电源，打开电源开关，使其在投影屏上能看到清晰的影像； （2） 根据试验要求选用压头，使其小心安装在主轴的孔中，再拧紧紧固螺丝

钉；

（3） 根据试验需要选择试验力，转动变换旋钮使所需试验力对正标记；