《材料物理性能》课程教学实验指导书（山东理工大学，共五个实验）.doc_大学文库

实验一材料弯曲强度测定一、实验目的了解复合材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。二、实验原理弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图11所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等张力图1-1支梁受到力的作用而弯曲的情况弯曲强度o,也称挠曲强度（单位MP),是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度5是指试样弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离(m)。弯曲应变，是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为：5=6,2/6h(L为试样跨度，h为试样厚度) 当试样弯曲形变产生断裂时，材料的极限弯曲强度就是弯曲强度，但是，有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂，这样就不能测定其极限弯曲强度，这时，通常是以试样外层纤维的最大应变达到5%时的应力作为弯曲屈服强度。与拉伸试验相比，弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏那么对于设计或确定技术特性来说，弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的，但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下，实际的形变测量大的足以精确进行。弯曲性能测试有以下主要影响因素。 ①试样尺计和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关 ②加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。 ③应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。 ④试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可

1 实验一材料弯曲强度测定一、实验目的了解复合材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。二、实验原理弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图 1-1 所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。弯曲强度  f ，也称挠曲强度（单位 MPa），是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度 s 是指试样弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离（㎜）。弯曲应变 f  是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为： s f L 6h 2 =  （ L 为试样跨度， h 为试样厚度）。当试样弯曲形变产生断裂时，材料的极限弯曲强度就是弯曲强度，但是，有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂，这样就不能测定其极限弯曲强度，这时，通常是以试样外层纤维的最大应变达到 5%时的应力作为弯曲屈服强度。与拉伸试验相比，弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏，那么对于设计或确定技术特性来说，弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的，但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下，实际的形变测量大的足以精确进行。弯曲性能测试有以下主要影响因素。 ① 试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。 ② 加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。 ③ 应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。 ④ 试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可图1-1 支梁受到力的作用而弯曲的情况

实验二维氏硬度的测定硬度通常定义为材料抵御硬且尖锐的物体所施加的压力而产生永久压痕的能力。材料的硬度是材料重要的机械性能之一。材料的硬度与其他的物理性能之间存在某种关系。例如，硬度和拉力试验基本上都是测量金属抵抗塑性变形的能力。这两种试验在某种程度上都是测量同样的特性，其结果完全可以相比较。硬度试验的优点在于：它是一种简单而又容易进行的试验，尤其突出的是它是一种非破坏性测试。习惯上把硬度试验分为两类：宏观硬度和显微硬度。宏观硬度是指采用1kg9.81N)以上负荷进行的硬度试验。诸如工具、模具等金属材料的硬度试验。显微硬度是指采用 1kg9.81N)或小于1kgf9.81N)负荷进行的硬度试验，诸如极薄（薄至0.125mm)的板材，特小的零件，表面淬火、电镀或涂层材料的表面以及材料的各个组织的硬度。常用的硬度试验有布氏硬度试验、洛氏硬度试验、表面洛氏硬度试验和显微硬度试验等，它们分别有各自不同的适用范围。本实验学习显微维氏硬度硬度测试的原理与方法。一、目的意义无机非金属材料硬度测试的目的，是为了检验材料抗磨蚀、耐刻划的能力。无机非金属材料的硬度与材料的化学和物相组成以及显微结构等因素有关。非晶态材料的硬度随结构网络外体离子半径的减小和原子价的增加而增加。晶体材料的硬度与键强弱有关。陶瓷材料的硬度除与主品相有关外，还受品粒尺寸、品界相和气孔及其分布等因素的影响。换句话说，硬度是材料微观结构的宏观表现。在材料研究中，硬度数据的使用频率非常高，硬度测试的目的，并不一定是用来表征所研究材料的使用性能，而是通过硬度试验获得材料微观结构的有关信总。通过本试验要达到以下目的： ①了解材料维氏硬度测试的方法 ②学习维氏硬度测试的原理与方法二、基本原理一般硬度测试的基本原理是：在一定时间间隔里，施加一定比例的负荷，把一定形状的硬质压头压入所测材料表面，然后，测量压痕的深度或大小。维氏硬度测试是用维氏金刚石压头来测量材料表面的硬度。维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱维体，其相对两面夹角为136°。维氏硬度值是所施加的负荷(kg除以压痕的表面积(mm2。采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度的1/7，维氏硬度的计算公式如下： H,-2P:sm812-1854P-1854p (2-1) 12 12 9.81 式中 1一一压痕对角线长的平均值，mm: 日一一金刚石压头相对面的夹角(136°)。 3

3 实验二维氏硬度的测定硬度通常定义为材料抵御硬且尖锐的物体所施加的压力而产生永久压痕的能力。材料的硬度是材料重要的机械性能之一。材料的硬度与其他的物理性能之间存在着某种关系。例如，硬度和拉力试验基本上都是测量金属抵抗塑性变形的能力。这两种试验在某种程度上都是测量同样的特性，其结果完全可以相比较。硬度试验的优点在于：它是一种简单而又容易进行的试验，尤其突出的是它是一种非破坏性测试。习惯上把硬度试验分为两类：宏观硬度和显微硬度。宏观硬度是指采用 1kgf(9.81N)以上负荷进行的硬度试验。诸如工具、模具等金属材料的硬度试验。显微硬度是指采用 1kgf(9.81N)或小于 1kgf(9.81N)负荷进行的硬度试验，诸如极薄(薄至 0.125mm)的板材，特别小的零件，表面淬火、电镀或涂层材料的表面以及材料的各个组织的硬度。常用的硬度试验有布氏硬度试验、洛氏硬度试验、表面洛氏硬度试验和显微硬度试验等，它们分别有各自不同的适用范围。本实验学习显微维氏硬度硬度测试的原理与方法。一、目的意义无机非金属材料硬度测试的目的，是为了检验材料抗磨蚀、耐刻划的能力。无机非金属材料的硬度与材料的化学和物相组成以及显微结构等因素有关。非晶态材料的硬度随结构网络外体离子半径的减小和原子价的增加而增加。晶体材料的硬度与键强弱有关。陶瓷材料的硬度除与主晶相有关外，还受晶粒尺寸、晶界相和气孔及其分布等因素的影响。换句话说，硬度是材料微观结构的宏观表现。在材料研究中，硬度数据的使用频率非常高，硬度测试的目的，并不一定是用来表征所研究材料的使用性能，而是通过硬度试验获得材料微观结构的有关信息。通过本试验要达到以下目的： ①了解材料维氏硬度测试的方法； ②学习维氏硬度测试的原理与方法。二、基本原理一般硬度测试的基本原理是：在一定时间间隔里，施加一定比例的负荷，把一定形状的硬质压头压入所测材料表面，然后，测量压痕的深度或大小。维氏硬度测试是用维氏金刚石压头来测量材料表面的硬度。维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体，其相对两面夹角为 136°。维氏硬度值是所施加的负荷(kgf)除以压痕的表面积(mm2 )。采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度的 1/7。维氏硬度的计算公式如下： 2 2 2 9.81 2 sin / 2 1.854 1.854 l p l P l P HV = =  =  （2-1）式中 l ——压痕对角线长的平均值，mm；  ——金刚石压头相对面的夹角(136°)

1的手。 2.打开自动工作台开关（蓝色箱子）。 3.打开电脑，点开仪器程序软件。心传次点击软件有制」机器控制，视频按钮，然后将试样放于工作台上，调整升降杆高度，当视频界面出现绿色亮光时，说明己经非常结晶聚焦平面了，这时应缓慢上升试样台，直至在电脑界面面看到清晰的试样表面结构。 5。设置加载载荷：手动拧仪器右侧上方砝码旋钮，至所需的重量 6。设置保荷时间：通过软件右侧保荷时间的☒)调整时间的长短。 7.点击“开始”键，开始试验。试验开始，仪器操作面板上的“加载”、“保荷”、“卸荷”灯依次亮，直至试验结束，物镜再次转到试样上方，测试结束，在此过程中切勿操作仪器。 &再次调整清新度，点图烟点测品，曲现十字充标，低次点击压痕的四个点再点国结果界面，查看测试结果，再点回生成测试报告。 9多点测试：从单点测试结果里查看最小压痕间距，然后点上方路径设置，设置压模式，点数，压痕间距：设置完毕后，点击日，从试样上设置路径起点和方向，然后再点下方的图产生压粮位置，再点口，仪器开始按照设置的路径依次打压箱，直至物旋再次转到试样上方（实验结束前请勿动压头。再次调整清嘶度，点令工四点测鼠，出现十字光标，点压痕的四个点，依次测量每个压痕的大小，再点国结果界面，查看测试结果，再点回生成测试报告。六、注意事项 (1)金刚石压头将待测试样放在试台上 ①金刚石压头和压头轴是仪器的精密的零件，因此在操作的整个过程中都要十分小心，除施压测试时外，其他时间都不要触及压头。 ②压头应随时保持清洁，有油污或灰尘时，可用软布或脱脂棉燕酒精或乙醚小心擦洗 ③压头安装时，应将压头上的红点对准正前方，此时压痕对角线和红点成一线。 (2)试样 ①试样表面必须清洁。如果表面沾有油脂和污物，则会影响测量准确性。在清洁试样时，可用酒精或乙昧抹擦

5 1 的手。 2. 打开自动工作台开关（蓝色箱子）。 3. 打开电脑，点开仪器程序软件。 4. 依次点击软件右侧机器控制，视频按钮，然后将试样放于工作台上，调整升降杆高度，当视频界面出现绿色亮光时，说明已经非常结晶聚焦平面了，这时应缓慢上升试样台，直至在电脑界面面看到清晰的试样表面结构。 5. 设置加载载荷：手动拧仪器右侧上方砝码旋钮，至所需的重量。 6. 设置保荷时间：通过软件右侧保荷时间的调整时间的长短。 7. 点击“开始”键，开始试验。试验开始，仪器操作面板上的“加载”、“保荷” 、“卸荷”灯依次亮，直至试验结束，物镜再次转到试样上方，测试结束，在此过程中切勿操作仪器。 8. 再次调整清晰度，点四点测量，出现十字光标，依次点击压痕的四个点，再点结果界面，查看测试结果，再点生成测试报告。 9. 多点测试：从单点测试结果里查看最小压痕间距，然后点上方路径设置，设置压痕模式，点数，压痕间距；设置完毕后，点击，从试样上设置路径起点和方向，然后再点下方的产生压痕位置，再点，仪器开始按照设置的路径依次打压痕，直至物镜再次转到试样上方（实验结束前请勿动压头）。再次调整清晰度，点四点测量，出现十字光标，点压痕的四个点，依次测量每个压痕的大小，再点结果界面，查看测试结果，再点生成测试报告。六、注意事项（1）金刚石压头将待测试样放在试台上 ①金刚石压头和压头轴是仪器的精密的零件，因此在操作的整个过程中都要十分小心，除施压测试时外，其他时间都不要触及压头。 ②压头应随时保持清洁，有油污或灰尘时，可用软布或脱脂棉蘸酒精或乙醚小心擦洗。 ③压头安装时，应将压头上的红点对准正前方，此时压痕对角线和红点成一线。（2）试样 ①试样表面必须清洁。如果表面沾有油脂和污物，则会影响测量准确性。在清洁试样时，可用酒精或乙醚抹擦

7 实验三不良导体导热系数测定导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，导热系数大，导热性能较好的材料称为良导体；导热系数小、导热性能差的材料称为材料的不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属要大；固体的导热系数比液体的要大；气体的导热系数最小。本实验介绍一种比较简答的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。稳态法是通过热源在样品内部形成一稳定的温度分布后，测定不良导体导热系数的方法。一、实验目的 1、掌握稳态法测定不良导体导热系数的方法 2、了解物体散热速率和传热速率的关系二、实验仪器 1、TJQDC-1 型导热系数测定仪 2、游标卡尺 3、天平 4、镊子三、实验原理 1、热传导定律当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导现象。早在 1882 年著名物理学家傅立叶(Fourier)就提出了热传导的定律：若在垂直于热传播方向 x 上作一截面 S ，以 d dx        表示 0 x 处的温度梯度，那么在时间 t 内通过截面积 S 所传递的热量为 Q ，则传热速率为： Q d S t dx      = −       （3-1）式(5-1)中 Q t   为传热速率，负号代表热量传递方向是从高温区传至低温处，与温度梯度方向相反。比例系数  称为导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1 开-1 (W·m-1K-1 ). 2、稳态法测传热速率测定样品导热系数的实验装置如图 5-1 所示。图中待测样品 (圆盘) 半径 R1 =60mm，样品上表面与加热盘(位于上方的黄铜盘)的下表面接触，温度为 1 ，加热盘由内部电热丝供热,热量由加热盘通过样品上表面传入样品，再从样品下表面与散热盘 (位于样品下面的黄