材料实验

1金属线膨胀系数的测量绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的毁损，仪表的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向上的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数作测定。一实验目的：1．掌握一种测线膨胀系数的方法；2．学习用作图法处理数据。二实验仪器与用具：FT-HX-Ⅱ金属线膨胀系数测定仪、千分表、游标卡尺。三实验原理:固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量L与其温度的增加量t近似成正比，与原长L亦成正比，即tLL（1）式中的比例系数称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔凝石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。几种材料的线胀系数材料铜、铁、铝普通玻璃、陶瓷殷钢熔凝石英数量级～-10-5（℃）-1～10-6（℃）-1＜2×10-6（℃）-1～10-7（℃）-1实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。因此测定线胀系数也是了解材料持性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出1t时杆长L、受热后温度达2t时的伸长量L和受热前后的温度1t及2t，则该材料在（1t，2t）温区的线胀系数为)(12ttLL（2）其物理意义是固体材料在（t1,t2）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为（℃）-1。测线胀系数的主要问题是如何测伸长量ΔL。先粗估算出ΔL的大小，若L≈250mm，温度变化t2－t1≈100℃，金属的a数量级为10-5（℃）-1，则可估算出ΔL≈0.25mm。对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的，可采用千分表、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法。本实验中采用千分表测微小的线胀量。四实验步骤:（1）用游标卡尺测出室温t1下待测金属杆的长度L。（2）如图1和图22所示，安装好实验装置，连接好电缆连接线，将待测金属杆插于加热盘内，调节螺钉，记下此时千分表的示值L1。图1图2（3）打开实验仪电源，打开加热开关，旋转“温度指示选择转换开关”指向“设定温度档”，调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”旋钮使数字表显示所需温度值t2（如50℃），预热一段时间后，再细调设定温度至所需值。（4）将“温度指示选择转换开关”指向“加热盘温度”档，观察温度值的变化，直至温度稳定在设定值附近的某一温度值t2为止。读出千分表的指示值L2，则此温度下金属杆的伸长12LLL。（5）重复以上步骤，测出其它温度点金属杆的伸长量（如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃金属杆的伸长量）。（6）逐差法处理实验数据。五、数据表格:室温t1=金属杆的长度L=t50℃55℃60℃65℃70℃75℃80℃85℃LIΔL位移传感器温度传感器加热引线插座铜棒加热筒千分表插座℃设定温度粗选加热开关电缆插座加热温度设定温度设定温度细选PHOTOR菲特仪器3QC—10WZZ---2S型自动旋光仪操作维护规程WZZ-2S型自动旋光仪操作维护规程起草部门质管部受控号起草人年月日审核人年月日批准人年月日实施日期年月日发放部门质管部、QC1．目的和范围本程序规定了制定WZZ-2S型自动旋光仪操作维护规程，使操作维护规范化。本程序适用于WZZ-2S型自动旋光仪操作维护。2．职责：本程序主要适用于质管部负责人、质检员。3．操作标准（1）操作前准备：1如测定对温度有严格要求的供试品，在测定前应将仪器及供试品置规定温度的恒温室内至少2小时，使温度恒定。2未接通电源前应检查样品室内应无异物，电源开关、光源开关和测量开关应放在关的位置。（2）安放仪器：本仪器应安放在正常的照明、室温为5℃～35℃和相对湿度不大于85％的条件下使用。（3.）接通电源：1将仪器电源插头插入220伏交流电源插座上，并接好地线，如使用的交流电压变化较大，可通过1kVA电子稳压器使电压达到规定电压值，便于钠灯的起辉。2打开电源开关等待5min使钠灯发光稳定。打开光源开光，此时钠灯在直流供电下点燃。（4）、测定操作：1准备试管。按“测量”键，这是液晶屏应有数字显示。2清零在测定管内装入蒸馏水或待测试样的溶剂，若测定管中有气泡，应先让气泡浮凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用软布揩干。按下“清零”键，使显示为零。3测试除去空白溶剂，诸如待测样品，将试管放入试样室的试样槽中，仪器的伺服系统动作，液晶屏显示所测的旋光度值，此时指示灯“1”点亮。4复测按“复测”一次，指示灯“2”点亮，表示仪器显示第二次测量结果，再次按“复测”键，指示灯“3”点亮，表示仪器显示第三次测量结果。按“shift/123”键，可切换显示各次侧脸的旋光度值。按“平均”键，显示平均值，指示灯“AV”点亮。4、注意事项：1开机后“测量”键只需按一次，如果误按该键，则仪器停止测量，液晶屏无显示。可再按“测量”键，液晶重新显示，此时需重新校零。若液晶屏已有数字显示，则不需按：测量”键。2测深色样品，当被测样品透过率过低时，仪器的示数重复性将有所降低，此系正常现象。3在测量时试管内腔应用少量被测试样冲洗3次5次。4使用结束[1]使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电源开关。[2]取出测定管洗净晾干，样品室内可放硅胶吸湿。[3]登记使用时间和状4材料的冲击实验概述：衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。冲击韧度是通过冲击实验来测定的。这种实验在一次冲击载荷作用下显示试件缺口处的力学特性(韧性或脆性)。虽然试验中测定的冲击吸收功或冲击韧度,不能直接用于工程计算，但它可以作为判断材料脆化趋势的一个定性指标,还可作为检验材质热处理工艺的一个重要手段.这是因为它对材料的品质、宏观缺陷、显微组织十分敏感，而这点恰是静载实验所无法揭示的。测定冲击韧度的试验方法有多种。国际上大多数国家所使用的常规试验为简支梁式的冲击弯曲试验。一般在室温下进行的实验采用GB/T229-1994标准《金属夏比冲击试验方法》，另外还有“低温夏比冲击实验”，“高温夏比冲击实验”。由于冲击实验受到多种内在和外界因素的影响。要想正确反映材料的冲击特性，必须使用冲击实验方法和设备标准化、规范化，为此我国制定了金属材料冲击实验的一系列国家标准（例如GB2106、GB229-84、GB4158-84、GB4159-84）。本次实验介绍“金属夏比冲击实验”（即GB/T229-1994）测定冲击韧度。一﹑实验目的：1．观察分析低碳钢和铸铁两种材料在常温冲击下的破坏情况和断口形貌，并进行比较。2．测定低碳钢和铸铁两种材料的冲击韧度αk。3．了解冲击试验方法。二﹑实验原理：冲击试验利用的是能量守恒原理，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。试验时，把试样放在图1的B处，将摆锤举至高度为H的A处自由落下，冲断试样即可。图1冲击试验结构及原理图1-电机；2-皮带轮；3-摆臂；4-杆销；5-摆杆；6-摆锤；7-试件；8-指示器；9-电源开关；10-指示灯摆锤在A处所具有的势能为：E=GH(1-cosα)(1)冲断试样后，摆锤在C处所具有的势能为：E1=Gh=GL(1-cosβ)。(2)势能之差E-E1,即为冲断试样所消耗的冲击功AK:AK=E-E1=GL(cosβ-cosα)(3)βα5式中，G为摆锤重力（N）；L为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm）；α为冲断试样前摆锤扬起的最大角度；β为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。三﹑实验设备及试样1．XJU-22冲击试验机，冲击速度约5m/s。2．游标卡尺3．实验试样：若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。因此，实验试样应严格控制其形状、尺寸精度及表面粗糙度。试样缺口底部应光滑、无与缺口轴线平行的明显划痕。四﹑实验步骤1．测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。2．根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。3．试验前必须检查试验机是否处于正常状态，各运转部件及其紧固件必须安全可靠。4．如下图安装试样。使试样缺口背对刀刃，平放并挨紧在两个钳口支座上，用找正板找正，使试样缺口正好位于钳口跨距中间对正冲击刀刃。5、进行试验。将摆锤举起到高度为H处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬起到最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。6、记录表盘上所示的冲击功AKU值。取下试样，观察断口。试验完毕，将试验机复原。7、冲击试验要特别注意人身的安全。五﹑实验结果处理1.计算冲击韧性值αK.αK=(J/cm2)(4)式中，AKU为U型缺口试样的冲击吸收功(J)；S0为试样缺口处断面面积(cm2)。冲击韧性值αK是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试样的绝对尺寸，缺口形状，试验温度等的变化而不同。2．比较分析两种材料的抵抗冲击时所吸收的功，以及破坏断口的形貌特征。6六、注意事项1．安装试样前，严禁抬高摆锤。2．摆锤抬起后，在摆锤摆动范围内，切忌站人、行走及放置任何障碍物。3．摆锤下落尚未冲断试件前，切勿过早按制动电钮，以免提高冲击功的数值。七﹑思考题1．冲击韧性值αK为什么不能用于定量换算，只能用于相对比较？2．冲击试样为什么要开缺口？单晶体X射线衍射实验目的：1.理解晶体的基本概念和XRD的基本原理。2.了解并掌握X-射线衍射仪的结构和使用方法。3.熟悉定性相分析方法。4.培养学生获得一定的独立工作能力和科学研究能力。实验仪器：BrukerSMARTAPEXII型单晶X射线衍射仪。一、主要部件：SMARTAPEXIICCD探测器装在D8X射线测角仪高精度导轨上（3kW），三轴（ω，2θ，Φ）测角仪，Φ转动360,ω/2θ最小步长0.0001°，再现性±0.0001，样品至探测器的距离可在2.5~25cm之间调整，VIDEO成像，视频显微镜放大倍数30~110倍，分辨率3μm，相机用彩色1/2″CCD，用于实时观察试样和捕获图象。二、技术特点：1、CCD探头无束锥，1:1耦合，光学纤维长度仅1mm，无图象畸变，灵敏度高。2、映象面积62mm×62mm，4KCCD芯片，其面积大容量高，象素分辨率高：15μm×15μm，量子效率170电子/X光子（Mo），暗流低（0.1el/pix.sec）。3、芯片有四个寄存器输出通道口，有效读出速度。4、APEXCCD井深3.2×107个电子，20位动态范围，有利收集强反射而不溢出。5、磷光膜可同时使用于Mo和Cu靶光源，Mo、Cu光源互换简便。三、主要应用：单晶结构分析应用范围十分广泛，凡是可获得单晶体的样品均可用于分析。该方法样品用量少，只需0.5mm大小的晶体一粒，即可获得被测样品的全部三维信息，结构包括原子间的键长、键角、分子在晶体中的堆积方式，分子在晶体中的相互作用以及氢键关系、π－π相互作用等各种有用信息。单晶结构分析是有机合成、不对称化学反应、配合物研究、新药合成、天然提取物分子结构、矿物结构以及各种新材料结构与性能关系研究中不可缺少的最直接、最有效、最权威的方法之一。实验原理：英国物理学家布拉格父子把空间点阵理解为互相平行且面间距相等的一组平面点阵(或面网)，将晶体对X射线的衍射视为某些面网对X射线的选择性反射。从面网产生反射的条件出发，得到一组面网结构发生反射(即衍射)的条件，既布拉格方程。X射线有强的穿透能力，在X射线作用下晶体的散射线来自若干层原子面，除同一层原子面的散射线互相干涉外，各原子面的散射线之间还要互相干涉。这里只讨论两相邻原子面的散射波的干涉。它们的光程差为2dsinθ。当光程差等于波长λ的整数倍时，相邻原子面散射波干涉