3．2 金属材料的扭转实验
一、实验目的
1. 观察并比较低碳钢和铸铁材料扭转变形现象及破坏形式。
2. 测定低碳钢的剪切屈服极限τS和剪切强度极限τb。
3. 测定铸铁的剪切强度极限τb。
二、实验主要设备及实验原理
1. 主要设备： 改装后的NJ－50B型扭转试验机，
2. 实验原理：圆形截面试件承受扭转时，材料处于纯剪应力状态，因此常用扭转试验来分析研究不同材料在纯剪应力作用下的机械性质。
三、实验数据记录及处理
1. 实验前试件尺寸记录
表2-1原始数据
2. 实验记录及计算结果
表2-2 实验数据
四、问题思考
1.比较两种材料破坏后的断口形式，并解释其破坏的原因。
2.根据拉伸、压缩和扭转三种试验结果，综合分析低碳钢和铸铁材料的机械性质。
3.解释铸铁扭转破坏断裂面为何是45°螺旋面而不是45°平面。
第二篇：金属材料的硬度试验 实验报告
实验五 硬度实验
一．实验目的
1． 了解硬度测定的基本原理及应用范围。
2． 了解布氏硬度实验机的主要结构及操作方法。
二．概述
硬度是指材料对另一较硬物体压入表面的抗力，是重要的机械性能之一。它是给初级金属材料软硬程度的数量概念，硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难，硬度实验方法简单，操作方便，出结果快，又无损于零件，因此被广泛应用。测定金属硬度的方法很多，有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
1． 布氏硬度（HB）
（1）布氏硬度实验的基本原理
布氏硬度实验是以一定直径的钢球施加一定负荷P，压入被测金属表面（如图1所
示）保持一定时间，然后卸荷，根据金属表面的压痕面积F求应力值，以此作为硬度值的计量指标，以HB表示，则
（5-1）
式中：P—负荷（kgf）；
D—钢球直径（mm）
h—压痕深度（mm）
图5-1 布氏硬度实验原理图
由于测量压痕d要比测量压痕深度h容易，将h用d代换，这可由图5-1（b）中的△Oab关系求出：
（5-2）
将式（5-2）代入式（5-1）即得：
（5-3）
式（5-3）中，只有d是变数，所以只要测量出压痕直径，就可根据已知的D和P值计算出HB值。在实际测量时，可根据HB、D、P、d的值所列成的表，若D、P已选定，则只需用读数测微尺（将实际压痕直径d放大10倍的测微尺）测量压痕直径d，就可直接查表求得HB值。
由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若采用同一种负荷（如3000kgf）和钢球直径（如10mm）时，则对硬的金属适合，而对软的金属就不合适，会使整个钢球陷入金属中；若对厚的工件适合，而对薄的金属则可能压透，所以规定测量不同材料的布氏硬度值时，要有不同的负荷和钢球直径，为了保持统一的，可以相互进行比较的数值，必须使P和D之间保持某一比值关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件就是使压入角保持不便。
由图5-1（b）可知：
（5-4）
将式（5-4）代入式（5-3）得：
（5-5）
式（5-5）说明，当φ值为常数时，为使HB值相同，P/D2也应保持为一定值，因此对同一材料而言，不论采用何种大小的负荷和钢球直径，只要满足P/D2=常数，所得的HB值都是一样的。对不同材料，所测得的HB值也可进行比较。P/D2比值有30、10、2 .5三种，其试验数据和应用范围可参考表5-1。
表5-1 各种负荷、压头及应用范围
（2）布氏硬度试验的技术要求
1） 被测金属表面必须平整光洁。
2） 压痕距离金属边缘应大于钢球直径，两压痕之间距离应大于钢球直径。
3） HB 〉450的金属材料不得用布氏试验机测定。
4） 用读数测微尺测量压痕直径d时，应从相互垂直的两个方向上测量，然后取其平均值。
5） 查表时，若使用的是5、2.5mm的钢球时，则应分别以2和4倍压痕直径查阅。
6） 为了表明试验条件，可在HB之后标注D/P/T，如HB10/3000/10，即表示此硬度值是在D=100mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的。
（3）布氏硬度试验机的结构及操作
HB-3000型布氏硬度试验机的结构如图5-2所示。它是利用杠杆系统将负荷加到金属表面上的。加卸负荷都是自动的。
图5-2 HB-3000布氏硬度试验机外形结构图
试验时，将试样置于试样台上，顺时针转动手轮，使试样上升直到钢球压紧并听到“卡”一声为止。按上电钮，此时电动机通过变速箱使曲轴转动，连杆下降，负荷通过吊环和杠杆系统施加于钢球上，保荷一定时间后，电动机自动运转，连杆上升，卸除负荷，使杠杆及负荷恢复到原始状态，同时电动机停止运转，再反向回转手轮，使试样台下降，取下试样，即可进行压痕直径的测量，查表即得HB值。
三．实验报告要求
1． 简述布氏硬度试验原理。
2． 如何测定金属材料的布氏硬度值？
3． 进行试验时，应注意哪些基本要求？