实验教学

实验14 材料的冲击拉伸测试

罗仁安 编写

在冲击载荷下,材料的机械性质和静载荷下的机械性质是不相同的,实验证明,材料受到冲击时,屈服极限和强度极限都将提高,而断裂时塑性变形却降低。各种材料冲击破坏时,需要消耗一定的能量,衡量材料抵抗冲击能力的韧度就是按消耗能量多少来计算的。确定材料冲击韧度,工程上通常采用弯曲冲击试验。金属内部的缺陷和晶粒的大小,对冲击特别敏感,这在静载荷实验中是难以发现的。同样,复合材料的内部缺陷和材料的复合效果,对冲击特别敏感,这在静载荷实验中是难以发现的。因此,冲击试验也是用来鉴别材料品质好坏的一个重要方法。

一、实验目的

1.测定复合材料、钢材、铸铁(选做一种)的冲击韧度,观察破坏情况,并进行比较。

2.了解材料的三点弯曲冲击试验、悬臂支撑冲击试验、冲击拉伸试验三种冲击加载的实验模式。

二、实验设备

Zwick 5113摆锤式示波冲击试验机,游标卡尺。

三、试件

1.金属材料试件。

为了使试验结果能够进行比较,金属材料试件其形状尺寸和表面光洁度,必须采用国家规定的标准试件。

2.非金属材料或复合材料试件。

为了使试验结果能够进行比较,材料试件其形状尺寸和表面光洁度等要求,必须采用相应的国家规定标准。

四、冲击断裂试验原理

把试件安置在冲击试验机的机座上,使它受冲力而折断。记录试件折断所消耗的能量U。将U除以缺口横截面面积A 得材料的韧度

上式表明:所谓冲击韧度就是试件刻槽处单位横截面积上所消耗的冲击功。 愈大,材料的冲击韧性愈好。在试件上开槽,目的是为了使试件在该处折断,能量为其削弱处全部吸收,而且观察材料对应力集中等缺陷的敏感程度。

将摆锤悬挂在轴0 上,使它向上抬起 角。于是摆锤具有一定的位能。试验时,使摆锤自由下落,则其所具有的位能将转化为动能,冲击安装在机座上的试件,将试件冲断,这时摆锤已经不能摆到 角的高度而只能达到 角的位置,摆锤位能的减小,正好被冲击折断试件所吸收(如果不计摩擦等损失),减小的数值由刻度盘直接读出。

进行试验时,应当先按置试件,然后再举起摆锤。试件折断后切勿马上拣回,以免摆锤伤人,无论何时,都要特别注意轻放,保证人身安全。

五、实验步骤

1.试验前必须对试验机是否正常进行检查,以保证试验时的安全和避免机件的损破。

2.空击试验,校正表盘零点。

3.按装试件,测定其冲击韧度。

六、实验结果处理

1.根据试件折断所消耗的能量,计算碳钢、铸铁或其他材料的的 ,并进行比较。

2.观察各种材料断口差异。

七.注意事项

1.要严格遵守操作规程。

2.摆锤抬起后绝对不许进入摆锤的打击范围内,否则会产生严重的人身事故。

3.抬摆锤时,注意听销子落入孔声之后即慢慢地放下锤头,放下摆锤过快则有切断销子的危险。

4.冲击时手柄应在“冲击”位置停放一个时候,待摆锤冲至最高位置并开始反向摆回时,再将手柄向“停止”位置扳动,否则将使读数作废。

5.锤在冲击后摆动时,绝对不允许把手柄扳回至“预备”位置,否则插销将可能被剪断,或者使摆杆损坏。

八、预习与思考题

1.冲击韧度有什么实际意义?

2.为什么冲击试件要有切槽?

3.冲击韧度 的单位是什么? 它的物理意义是什么?

4.试验中要记录哪些数据?