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1、精品实验一常见材料失效形式与分析一、实验目的观察常用材料在不同加载形式下的破坏现象，测定其主要的力学性能指标，并对其断口进行宏观和微观分析，从而确定材料在不同加载形式下的失效形式，以培养学生对工程结构材料断裂失效分析的综合能力。二、实验内容工程结构材料的失效形式通常为断裂、腐蚀、磨损，其中断裂是常见的失效形式之一。材料的断裂按照断裂路径可划分为正断和韧断。正断是在正应力作用下材料原子面间的结合力被破坏，断裂无明显的宏观变形，微观断口具有结晶学特征；韧断是在切应力作用下材料内位错的滑移导致滑移面分离而断 裂，断裂具有明显的宏观变形，断裂特征为滑移蛇形花样，工程结构材料的实际断裂往往是二者的结合。
2、本实验的内容：1 .常用材料在拉伸、冲击和疲劳实验中断裂性能指标测试与分析2 .几种断口的宏观与微观分析 三、实验材料与设备1 .试验材料为45钢2 . PLD-50KN-250NM拉扭疲劳试验机一台3 . JB-30B冲击试验机一台4 . SM1体视显微镜一台5 .数码照相机6 .游标卡尺四、试验原理与试样制备1 .拉伸试验：对一定形状的试样施加轴向拉力F至试样断裂，便可测出表征金属材料的屈服性能指标、强度性能指标及塑性性能指标。按GB228-87将试验材料加工为如图 1所示的圆形拉伸试样。试验方法中规定金属拉伸试件通常采用圆形和板状两种试样，如图1所示的圆形试样10 ,dn10对于比例试件
3、，对圆截面试件规定10或50_lo_对板状试件，规定 V,A0 =11.3或5.65式中10 -试件的标距d0-试件直径（取标距内三处最小的一处平均值）A 0-板试件横截面积本实验采用圆截面比例试样。2 .冲击试验：该实验是一种动态力学试验。它是将一定形状尺寸的带U型或V型缺口的试样，在冲击载荷作用下折断，以测定其冲击功ak和冲击韧性aK的一种试验方法。按GB229-94 将试验材料加工尺寸为 10mm 10mm 55mm 的V形缺口试样，如图 2所示。图2 冲击试样尺寸3 .疲劳试验：金属材料在交变应力长期作用下发生局部累计损伤，经一定循环次数后突然发生断裂的现象称做疲劳破坏。疲劳试验是通过
4、实验测定材料S-N曲线（疲劳曲线），从而建立最大应力max或者应力振幅e与其相应断裂循环周次 N之间的关系曲线。本试验采用光滑圆柱疲劳试样，如图3所示。图3光滑圆柱疲劳试样五、实验步骤1.拉伸实验将试样安装在试验机的上下夹头中，加载后，观察试样的受力、变形直至破坏的全过程。试验机的自动绘图装置画出试样的拉伸图，实验中可直接从测力度盘读下屈服载荷Ps和破坏前试样所能承受的最大载荷Pb,由以下两式算得两个主要强度指标为：屈服极限：s RA0强度极限：b RbAo其中：A0为试样原始横截面面积。试件拉断后，测量拉断后的标距部分长度li和拉断后颈缩处的最小直径 dio由以下两式算得其主要塑性指标：l
5、l0A0 A延伸率：一0 100%截面收缩率： 100%1 0A0式中：Ai为试样拉断后，颈缩处之最小截面积10为试样之原始标距长度|1为试样拉断后标距长度使用数码相机拍摄断口宏观形貌，利用体式显微镜观察其断口特征，分析其断裂形式。2 .冲击实验(1)测量试件缺口处尺寸，测三次，取平均值，计算出横截面面积。(2)检查回零误差和能量损失：正式试验前在支座上不放试件的情况下“空打”；a.取摆：按“取摆”键，摆锤逆时针转动扬至最高位置，挂摆；b.冲击：按“冲击”键，挂 /脱摆机构动作，摆锤靠自重绕轴开始进行冲击；c.放摆：按住“放摆”键直至摆锤转至垂直位置时松开，摆锤便自动停摆；(3)正式试验：按“
6、取摆”键，摆锤逆时针转动上扬，触动限位开关后由挂摆机构挂住；将表盘指针拨到读盘下刻线右端，此时可在支座上放置试件(注意试件缺口对中并位于受拉边)；然后顺序执行“冲击”、“放摆”动作；在表盘上直接读该试件的冲击吸收功和相应的冲击韧度值。(4)摆锤抬起后，严禁在摆锤摆动范围内站立、行走和放置障碍物。使用数码相机拍摄断口宏观形貌，利用体式显微镜观察其断口特征，分析其断裂形式。3 .疲劳实验(1)打开控制器、计算机，运行测试软件。(2)夹持试样。当油压为 3-5MPa时，调整横梁位置；在位移控制方式下，装夹试样。(3)试验：a.参数设置：包括试样类型，试验频率，加载应力maxx和min等；相应的应力比
7、 、应力幅a同时确定。试验过程加载波形如图4所示。图4疲劳实验加载波形-可编辑-b.调节油压到10MPa ,开始试验，直至试样断裂。c.计算机自动记录实验数据。(4)数据处理。根据计算机纪录数据作S-N曲线，如图5所示。七百-Km循环次数N图5 S-N曲线使用数码相机拍摄断口宏观形貌，利用体式显微镜观察其断口特征，分析其断裂形式 六、实验数据记录1 .拉伸实验强度指标塑性指标材料屈服极限s (MPa)强度极限b (MPa)延伸率6 (%)截面收缩率(%)45钢37547814582.疲劳实验材料应力比r应力幅ba疲劳寿命NfS135-18KN,7KN.m8888S135-18KN,7KN.m1
8、50267七、实验研讨1 .不同加载形式下常见材料性能的测试方法。2 .根据试样断口的宏观和微观特征简要分析其失效形式及原因。材料失效分析实验报告班级：姓名：学号：实验日期：教师评定:实验一：常见材料失效形式与分析1 .实验目的2 .实验设备3 .实验数据记录(1)拉伸实验强度指标塑性指标材料屈服极限s (MPa)强度极限b (MPa)延伸率6 (%)截面收缩率(%)(2)疲劳实验材料应力比R应力幅ba疲劳寿命Nf4.根据失效分析的基本理论，结合断口的宏观和微观形貌照片，对材料的断裂特征及其失效原因进行分析(对照各自的三要素进行分析并附断口形貌图)。5.45钢拉伸断口微观形貌45钢断裂韧性试验S135拉扭疲劳断口eq =560.5MPeq =713.4MPa宏观断口eq=560.5MPeq=713.4MPa微观断口