金屬材料學(xué)術(shù)論文
金屬材料的自然材質(zhì)美、光澤感、肌理效果構(gòu)成了其最鮮明、最富有感染力、最具有時(shí)代感的審美特征,學(xué)習(xí)啦小編整理了金屬材料學(xué)術(shù)論文，有興趣的親可以來(lái)閱讀一下!
金屬材料學(xué)術(shù)論文篇一
金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)研究
【摘 要】測(cè)定金屬材料在常溫靜載情況下的機(jī)械性能的最常用和最基本的方法是利用拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。拉伸實(shí)驗(yàn)具有簡(jiǎn)單易行、便于分析的優(yōu)點(diǎn)，所以其被廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等多個(gè)領(lǐng)域，用于測(cè)定金屬材料的強(qiáng)度、塑形和彈性模量等機(jī)械性能指標(biāo)。目前，關(guān)于拉伸實(shí)驗(yàn)的測(cè)試技術(shù)已較為成熟。
【關(guān)鍵詞】金屬材料;拉伸實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)表征
金屬材料的力學(xué)性能是其性能和可靠性的重要標(biāo)志，拉伸性能更是金屬材料的力學(xué)性能的重要參數(shù)。通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)，可以獲得如抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等多項(xiàng)金屬材料的力學(xué)指標(biāo)，為材料方面的科學(xué)研究創(chuàng)造價(jià)值。本文就金屬材料在室溫條件下的拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，希望能為實(shí)際的實(shí)驗(yàn)工作帶來(lái)一些幫助。
1.實(shí)驗(yàn)要求
金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)是在常溫下對(duì)除金屬構(gòu)件和金屬零件以外的黑色或有色金屬進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，以測(cè)定其性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于待測(cè)定的試樣，一般要求其橫截面尺寸不小于0.1mm，但有些試樣，如毛細(xì)管、超細(xì)絲、金屬箔等，其本身橫截面尺寸很小的，常規(guī)方法一般處理不了，需要單獨(dú)處理。拉伸實(shí)驗(yàn)要求在常溫中進(jìn)行，這里常溫指的是10-35℃之間的溫度。如果所測(cè)材料在不同的溫度下力學(xué)性能值變化時(shí)，要更加注意實(shí)驗(yàn)的溫度，一般將溫度控制在23℃左右，以保證性能數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高。
2.試樣取樣及加工
金屬材料在取樣時(shí)一定要按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行切取。在切取時(shí)要注意切取的位置、方向以及數(shù)量。在取樣的整個(gè)過(guò)程中，一定要保證材料的溫度處于室溫水平，防止材料過(guò)熱或硬化影響金屬材料力學(xué)性能的測(cè)定。在切取之前，可以先將切取位置、方向標(biāo)記出來(lái)，防止切取時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)，造成材料的浪費(fèi)，或?qū)е滦阅苤笜?biāo)測(cè)量不準(zhǔn)。對(duì)于鋼產(chǎn)品在取樣時(shí)不僅要保證試樣的尺寸切取合適，也要保證鋼產(chǎn)品的外觀合適。
取樣結(jié)束之后，接下來(lái)需要對(duì)試樣進(jìn)行加工。對(duì)于材料厚度在25mm以上的試樣，一般會(huì)采用機(jī)器加工的方法，將其加工為圓形橫截面或單邊減薄至25mm之后，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)于材料厚度比較小的試樣，一般不經(jīng)機(jī)器加工。
試樣可以分為比例試樣和非比例試樣兩種，試樣標(biāo)距也可分為比例標(biāo)距與非比例標(biāo)距兩種，在不同的試樣標(biāo)距下，材料的斷后伸長(zhǎng)率測(cè)出來(lái)是不一樣的。一般，若試樣的試樣標(biāo)距L0與試樣的原始橫截面積S0滿(mǎn)足關(guān)系式L0=k(S0)1/2時(shí)，則采用比例標(biāo)距，否則，采用非比例標(biāo)距。
3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程
3.1試樣原始橫截面積S0的測(cè)量
試樣的原始橫截面積是通過(guò)實(shí)測(cè)試樣的橫截面的尺寸而計(jì)算得到的，對(duì)于橫截面為圓形的試樣，測(cè)量的是橫截面的直徑，在選取測(cè)量位置時(shí)，要包括標(biāo)距兩端和中間三個(gè)位置，進(jìn)行多次測(cè)量，將三個(gè)位置的直徑數(shù)據(jù)分別匯總，處理之后求平均值，并計(jì)算橫截面積，取三次計(jì)算面積的最小值作為原始橫截面積;如果橫截面為矩形，則測(cè)量的是長(zhǎng)和寬，在選取測(cè)量位置時(shí)要包括標(biāo)距兩端和中間三個(gè)位置，并把三次計(jì)算得到的橫截面積的最小值作為原始橫截面積;對(duì)于環(huán)形的試樣，要測(cè)出試樣的平均外直徑和平均壁厚來(lái)計(jì)算環(huán)形橫截面積。
3.2原始標(biāo)距標(biāo)記和平行長(zhǎng)度的測(cè)量
進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)之前，要先修正比例標(biāo)距的計(jì)算值，使其盡量接近5mm的倍數(shù)，并且原始標(biāo)距的準(zhǔn)確度要控制在±1%之內(nèi)，標(biāo)距裝置的準(zhǔn)確度檢驗(yàn)也不容忽視，檢查標(biāo)距的準(zhǔn)確度以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)標(biāo)記清晰，方便測(cè)量。除采用力夾頭位移方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要測(cè)量平行長(zhǎng)度，其他的金屬材料拉伸性能實(shí)驗(yàn)一般不必測(cè)量平行長(zhǎng)度。
3.3 實(shí)驗(yàn)速率設(shè)定
在測(cè)定金屬材料不同的拉伸性能時(shí)，實(shí)驗(yàn)的速率設(shè)定也是不一樣的。實(shí)驗(yàn)速率是影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要因素。對(duì)于測(cè)定材料強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)，塑性范圍內(nèi)應(yīng)變速成率應(yīng)控制在0.025/s以?xún)?nèi);在測(cè)定抗拉強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)變速率應(yīng)在0.008/s以?xún)?nèi);在測(cè)定上屈服強(qiáng)度時(shí)，注意保持實(shí)驗(yàn)速率的穩(wěn)定;在測(cè)定下屈服強(qiáng)度時(shí)，平行長(zhǎng)度變速成率在0.00025/s-0.0025/s之間比較合適，并要注意保持實(shí)驗(yàn)速率的穩(wěn)定性。
3.4性能測(cè)定
金屬材料包含6種延時(shí)性能和6種強(qiáng)度性能。其中六種延時(shí)性能指的是：斷后伸長(zhǎng)率、屈服點(diǎn)延伸率、最大力總伸長(zhǎng)率、最大力非比例伸長(zhǎng)率和斷后總伸長(zhǎng)率。六種強(qiáng)度性能有：上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度、非比例延伸長(zhǎng)度、殘余延伸長(zhǎng)度等。在測(cè)量金屬的延伸性能時(shí)一般可以采用人工標(biāo)距的方法或圖解引伸計(jì)標(biāo)距的方法。兩種方法有各自的適用范圍，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)要根據(jù)金屬材料本身特性，實(shí)驗(yàn)設(shè)備等多方面的原因綜合考慮，選用最合適的實(shí)驗(yàn)方法。
4.測(cè)量工具規(guī)范使用
4.1引伸計(jì)
引伸計(jì)是試驗(yàn)機(jī)的一個(gè)重要附件，可以自主安裝和拆卸，多用于測(cè)定彈性模量和非比例延伸強(qiáng)度的測(cè)量，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)要正確裝卸、裝夾、跟蹤，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。在引伸計(jì)裝夾時(shí)，要將標(biāo)距桿墊片卡在力臂與標(biāo)距桿之間，保證卡緊卡牢，使刀刃與試樣垂直接觸，并用橡皮筋將其固定在一起。標(biāo)定時(shí)，要按照相應(yīng)增量增加標(biāo)準(zhǔn)位移，并且標(biāo)定工作要重復(fù)進(jìn)行三次，在每次的標(biāo)定中都要重新卸下和安裝引伸計(jì)，千萬(wàn)不可為省事而不規(guī)范標(biāo)定工作。另外，測(cè)量系統(tǒng)與標(biāo)定系統(tǒng)要保證參數(shù)的統(tǒng)一性。
4.2夾持具及試樣裝夾
實(shí)驗(yàn)中選用的夾持具一定要與試樣形狀相匹配，和夾具的表面外型花紋形狀相適宜。保證夾持具與試樣之間的摩擦力，使試樣不至于掉落下來(lái)，而使實(shí)驗(yàn)中斷，影響實(shí)驗(yàn)效率。夾具一定要加緊試樣，并且?jiàn)A具要與試樣垂直，防止傾斜，產(chǎn)生傾斜角度，造成實(shí)驗(yàn)誤差。為了保證夾具與試樣的垂直可以采用垂直直角的附件來(lái)輔助完成，在裝夾試樣時(shí)，通過(guò)與直角附件比靠即可知道是否垂直。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之后，就不可再升降橫梁，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)夾持具與試樣未垂直，或橫梁的高度不合適時(shí)，要終止實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，并在調(diào)整好之后重新開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，不可繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，或并不停止實(shí)驗(yàn)而直接調(diào)整，并繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。這樣會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠，造成嚴(yán)重的誤差等。
5.結(jié)束語(yǔ)
金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)是測(cè)定金屬的力學(xué)性能的最重要和最基本的途徑與方法，嚴(yán)格控制和規(guī)范實(shí)驗(yàn)過(guò)程是提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的關(guān)鍵。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意觀察和分析影響金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)的可能因素，并加以總結(jié)，探索產(chǎn)生的原因，并積極找尋解決對(duì)策。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)注意避免這些不良因素對(duì)于實(shí)驗(yàn)的干擾，制定科學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器操作規(guī)程，在實(shí)驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
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金屬材料學(xué)術(shù)論文篇二
論金屬材料的速度極限
摘 要：沒(méi)有任何一種已知物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度可以達(dá)到光速，每一種物質(zhì)材質(zhì)應(yīng)當(dāng)都有一個(gè)確定的速度極限值(實(shí)驗(yàn)會(huì)給出最終的答案)。為了確定哪一種金屬材料更適合于制造“光速飛船”，本文選擇下面的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)算對(duì)比。
關(guān)鍵詞：速度極限;瞬時(shí)速度;金屬材料
【中圖分類(lèi)號(hào)】 G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】1671-8437(2012)02-0116-02
愛(ài)因斯坦預(yù)言，人如果乘坐上“光速飛船”，時(shí)間會(huì)倒流，人會(huì)返老還童。這也正是千百年來(lái)人類(lèi)的夢(mèng)想。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想，現(xiàn)在我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選各種金屬材料，看哪一種更適合于制造能讓我們返老還童的“光速飛船”。
實(shí)驗(yàn)從伽利略的“斜面實(shí)驗(yàn)”開(kāi)始。球a從斜面上滾下，理想狀態(tài)下——勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，它應(yīng)當(dāng)爬升到對(duì)面斜面相同的高度。如果斜面展開(kāi)，小球?qū)⒆鰟蛩僦本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并且一直運(yùn)動(dòng)下去?，F(xiàn)在，我們?cè)谇騛的直線(xiàn)方向上放置球b(球b的材質(zhì)、體積、質(zhì)量與球a完全相同)。某瞬間，球a與球b撞擊，理想狀態(tài)下，球a停止運(yùn)動(dòng)，球b依然按球a的速度做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，就是說(shuō)，球a的動(dòng)能完全傳遞給球b。而在現(xiàn)實(shí)情況中，玻璃彈子的撞擊會(huì)出現(xiàn)另一種情況，撞擊的瞬間，球a和球b一只或兩只玻璃彈子會(huì)碎裂，這是因?yàn)閯?dòng)能在兩者之間傳遞時(shí)，動(dòng)能的力量已經(jīng)超出了玻璃彈子材料自身的結(jié)合能的原因。
球a與球b在撞擊的瞬間，動(dòng)能在球a和球b之間傳遞，在速度較低、動(dòng)能較小的情況下，動(dòng)能在兩者之間有效傳遞;隨著速度的不斷增加，動(dòng)能會(huì)變得很大，動(dòng)能的傳遞會(huì)變成猛烈的撞擊——以動(dòng)能、熱能或其它不同能量形式瞬間表現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)這種能量的威力足以克服物質(zhì)材質(zhì)自身的結(jié)合能時(shí)，材質(zhì)本身就會(huì)遭到破壞。當(dāng)然，材質(zhì)不同，其分子、原子的結(jié)構(gòu)不同，決定了材質(zhì)自身結(jié)合能的不同。這正是我們這次實(shí)驗(yàn)考察的目標(biāo)——哪種材質(zhì)自身結(jié)合能更強(qiáng)，更適合制造“光速飛船”。
在這里我們只選擇一種實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行考察：撞擊者是各種金屬材質(zhì)的小球，被撞擊的靶子是一個(gè)理論上固定不動(dòng)的剛體，那么撞擊的結(jié)果就是：動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能、動(dòng)能和其它能量形式——如果在速度足夠快、動(dòng)能足夠大的情況下，動(dòng)能將在瞬間完全轉(zhuǎn)化成熱能，其它能量形式可以忽略不計(jì)。當(dāng)此熱能能夠達(dá)到材料的熔點(diǎn)，我們就認(rèn)為，這樣的速度已經(jīng)達(dá)到了某材料的破壞點(diǎn)——即材料的速度極限。并且在相反的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中——由靜止到運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度達(dá)到這個(gè)速度極限值，對(duì)材料的破壞結(jié)果是相同的——它不是運(yùn)動(dòng)，而是熔化，不再具有器材的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)測(cè)算對(duì)比不同金屬材料的速度極限值來(lái)確定哪種材料更適合于制造“光速飛船”。
其實(shí)，我們對(duì)速度極限的認(rèn)識(shí)十分清楚。普通汽車(chē)的速度極限設(shè)計(jì)在240公里/小時(shí);動(dòng)車(chē)的速度能達(dá)到500公里/小時(shí);人的百米速度達(dá)到11米/秒;獵豹的奔跑速度90公里/小時(shí)。隨著科技的發(fā)展速度的提高是可能的，但是真正的速度極限是不可能達(dá)到的。達(dá)到光速的物質(zhì)將呈能量態(tài)，所有物質(zhì)態(tài)的性質(zhì)將被全部湮滅。
于是我們確定我們的實(shí)驗(yàn)方法：金屬材質(zhì)的球a在高速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中撞擊剛性的靶子，動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化成熱能，當(dāng)產(chǎn)生的熱能等于球a所用金屬材料的熔點(diǎn)的情況下，我們認(rèn)為，已經(jīng)達(dá)到了這種金屬材料的破壞點(diǎn)即速度極限——處于熔化狀態(tài)的金屬材料不再具有器材的使用價(jià)值。
假設(shè)球a是鋁制品，在撞擊時(shí)動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化成熱能Q，且熱能Q能夠讓鋁制球體達(dá)到熔點(diǎn)。就是說(shuō)，單位質(zhì)量的鋁球在達(dá)到熔點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，所需要的熱能是Q。
即Q=cm△T(式中c是比熱容，鋁的比熱容是880J/(Kg·℃);m是質(zhì)量;△T是溫差，這里我們?nèi)′X的熔點(diǎn)660℃)
就是說(shuō)：一個(gè)單位質(zhì)量的鋁球，達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)所需要的熱量是Q，Q=880×660m。
我們知道，當(dāng)球a的運(yùn)動(dòng)速度為v時(shí)，它的動(dòng)能是：
E=1/2mv2。如果動(dòng)能E完全轉(zhuǎn)化成熱能Q
那么 E=Q 則 1/2mv2=880×660m
v2=2×880×660 則v=1078m/s
鋁球的速度極限值是1078米/秒。
一個(gè)以1078米/秒運(yùn)動(dòng)的鋁制球體撞擊剛體，其結(jié)果是：鋁球在剛體上熔化。
需要特別說(shuō)明的是相反的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：如果鋁制球體處于靜止?fàn)顟B(tài)，我們用剛體來(lái)撞擊它，而要求鋁球被撞擊后的瞬時(shí)速度達(dá)到1078米/秒。其結(jié)果一樣：鋁球在剛體上熔化。就是說(shuō)，鋁制“飛船”或是子彈彈頭，要使其由靜止到運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度達(dá)到1078米/秒的話(huà)，鋁體將熔化;如果彈頭的話(huà)會(huì)爆管。金屬鋁不再具有材料的使用價(jià)值?？赡苡行┖教毂瘎〉漠a(chǎn)生，就是由于對(duì)其金屬材料的速度極限值估計(jì)不足。
下面是根據(jù)以上理論計(jì)算的常見(jiàn)金屬的速度極限值列表：
就表中所見(jiàn)，在以上所列的十二種常見(jiàn)金屬中，鎳金屬的速度極限值最高為1252.7米/秒;其次是鋼1181.7米/秒;速度極限值最低的是鉛僅為291.6米/秒(我們完全可以用子彈發(fā)射來(lái)測(cè)定各種金屬的的速度極限值)。我的手頭上沒(méi)有那些合成鋼材料的比熱容和熔點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所以沒(méi)辦法知道它們的速度極限值的數(shù)據(jù)。但就表中所見(jiàn)速度極限值最高的鎳金屬而言，才是光速的約二十四萬(wàn)分之一。
現(xiàn)在，我們假想球a和球b是“光速飛船”上相鄰的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)，其中球a是首先受到推動(dòng)力的點(diǎn)。如果要使飛船由靜止到運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度達(dá)到N/秒，必然有一個(gè)動(dòng)能的作用在a和b之間傳遞，就像球a與球b在直線(xiàn)上撞擊一樣，隨著速度的增加，撞擊的效果會(huì)變得十分驚人——就是說(shuō)，隨著速度的增加，對(duì)飛船材質(zhì)的要求會(huì)變得十分苛刻，能勝任的材質(zhì)越來(lái)越少。直到最后，沒(méi)有任何已知的材質(zhì)可以勝任光速飛船的要求。作為飛船的駕駛者而言，如果由靜止到運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度達(dá)到100米/秒的話(huà)，就是一個(gè)坐在椅子上的人也會(huì)受到致命的傷害。相當(dāng)于360公里/小時(shí)的汽車(chē)所做的的碰撞試驗(yàn)，其結(jié)果不難想象。如果由靜止到運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度達(dá)到1000米/秒的話(huà)，很多看起來(lái)堅(jiān)硬的金屬材料也會(huì)被破壞，那才是光速的三十萬(wàn)分之一。所以，人坐上“光速飛船”返老還童的夢(mèng)想永遠(yuǎn)不會(huì)實(shí)現(xiàn)。
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2.標(biāo)準(zhǔn)學(xué)術(shù)論文參考文獻(xiàn)格式
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