浙江大学材料科学基础实验力学实验报告(3)

2.硬度值的大小与材料的弹性、塑性、韧性、强度等有什么内在联系。

答：强度是指材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。硬度是衡量材料软硬的指标，表示金属在不大的体积内抵抗变形或破裂的能力。所以材料的硬度和强度之间有一定的关系，根据硬度的大小可以大致估计材料的强度。一般硬度大强度就高。塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。韧性是金属材料在冲击载荷的作用下抵抗破坏的能力。所以塑性好韧性就好。但是材料的硬度越大就越脆，相应的塑性和韧性就差些。所以一般选材料要考虑材料的综合性能。弹性是指材料在撤销载荷后恢复变形的能力。材料产生完全变形时所承受的力越大弹性越好。

实验4 20Cr钢（淬火、低温回火态）的冲击实验

一、实验目的

学习金属材料在不同热处理状态下对冲击性能的影响。了解试样断口与热处理状态的关系、韧性断口与脆性断口的区别。冲击韧性、脆性断面率及冷脆转变温度的测定。 二、实验原理

冷脆转变温度：用V型缺口的夏比冲击试样在规定的刀口尺寸及支座尺寸的冲击试验机上进行不同温度的冲击试验，然后测量试样断口，当其纤维状断口与结晶状断口的面积比（脆性断面率）各为50%时的相应温度即为冷脆转变温度。或当冲击功AK（J）达到AKMAW值（AKMAW值为室温下全部为纤维状断口的AK计算）的40%~50%时的温度为冷脆转变温度。 冲击韧性：冲击韧性是表征金属韧度和塑性的一种综合性能，它表示在冲击载荷下，对零件需要作多少功才能破坏，冲击韧性的高低表示金属在突加载荷下脆性破坏倾向的大小。 三、实验设备与试样

试样：20Cr钢试样经热处理后在磨床上磨光再开夏比V型缺口的标准试样。冲击样坯的切取应按产品标准或GB2975的规定执行。试样的制备应避免由于加工硬化或加热而影响金属的冲击性能。

设备：JB-30型摆锤式冲击试验机 四、实验步骤

先将试样安放在支座上，缺口背面朝向摆锤，须保证试样缺口与支座跨距中心相重合，然后将摆锤抬起至冲击位置，将冲击手柄拉向冲击位置，当摆锤冲击试样后回摆时再将手柄拉向“制动”位置，摆锤立即制动。记下试验机指针在表盘上的数值，即为冲断试样所消耗的冲

击功AK。

安放试样和释放摆锤均一人操作，严禁两人合作。所有参加试验的人都不许在摆锤的平面内站立、走动，参加本试验一定要集中注意力，保持良好秩序。 五、思考题

（1）为什么随着温度的降低脆性增大；如何根据试样断口的形貌特征来判断材料的脆性大小。

答：①随着温度的降低，试样分子的热运动逐渐减弱，分子间的相互作用力（共价键、离子键、金属键、分子键等）逐渐减弱，导致其硬度增加，韧性减小，即脆性增大。

②脆性材料的断口表面平齐，无剪切唇口，断口组织呈颗粒状形态；而韧性材料的断口组织呈纤维状。由此可以判断，材料的断口组织中，颗粒状的组织越多，颗粒越大材料的脆性越大。

（2）相同的温度下冲击值的大小与材料的哪些状态有关。 答：材料的硬度、韧度、厚度等。

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