工程结构实验报告答案(精选6篇)

长沙理工大学工程地质实验报告范文

长沙理工大学工程地质试卷

一、 名词解释（每小题2分，共12分）

（1）工程地质问题：

（2）解理：

（3）岩石的构造：

（4）断层：

（5）承压水：

（6）地层层序律：

二、 填空题（每空0.5分，共12分）

（1）外力地质作用主要包括有

（2）条痕是 ，通常将矿物在 刻画后进行观察。

（3）变质岩的结构具有 和 两大类。

（4）古生代包括有：

（5）褶皱的主要要素包括：

（6）地下水的运动有：

（7）沉积岩的构造主要有：

三、简答题（每小题7分，共28分）

（1）何谓流砂？它一般在哪些情况下最容易发生？

（2）何谓风化作用？影响风化作用的主要因素有哪些？

（3）按照埋藏条件，地下水可以分为哪几种类型？

（4）何谓现场原位测试？现场测试的方法主要有哪些？

四、多项选择题（每题2 分，共16分）

（1）下列选项中，属于岩石工程地质性质指标的是。

（A）密度； （B）吸水率；（C）弹性模量；（D）渗透系数

（2）河流的地质作用包括。

（A）侵蚀作用；  （B）腐蚀作用；（C）搬运作用；  （D）沉积作用

（3）若稳定系数K，则斜坡平衡条件将破坏而滑坡。

（A）大于1；（B）大于等于1；（C）小于1；（D）小于等于1

（4）滑坡的防治措施包括。

（A）排水；  （B）砌挡土墙；（C）改善滑动面（带）的土石性质； （D）开挖坡脚

（5）我国的地区，岩溶现象分比较普遍。

（A）沿海；  （B）西南；（C）华北；  （D）中南

（6）河流的搬运作用包括以下形成。

（A）冲刷； （B）浮运；（C）推移；（D）溶运

五、问答题（每小题6分，共12分）

（1）要确保建筑物地基稳定和满足建筑物使用要求，地基承载力必须满足哪些条件？

（2）何谓岩溶？岩溶作用的发生须具有哪些基本条件？

六、论述题（每小题10分，共20分）

（1）试述生物层序律的涵义

（2） 试述工程地质测绘的主要内容和方法要点

长沙理工大学标准答案

一、名词解释（每小题2分，共12分）

（1）工程地质问题：指已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地质问题

（2）解理：矿物受外力作用时，能沿一定的方向破裂成平面的性质；它通常平行于晶体结构中相邻质点间联接力弱的方向发生。

（3）岩石的构造：是指岩石中矿物集合体之间或矿物集合体与岩石其他组成部分之间的排列和充填方式。

（4）断层：岩石受力后，发生破裂，沿破裂面两侧岩块有明显位移时，这种断裂构造就称为断层。

（5）承压水：是指充填于两个稳定的隔水层之间的重力水。

（6）地层层序律：是确定地层相对年代的基本方法，指未经构造运动改造的层状岩石大多是水平岩层，且每一层都比它下伏的相邻层新，而比上覆的相邻层老，为下老上新。

二、填空题（每空0.5分，共12分）

（1）外力地质作用主要包括有：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、成岩作用等。

（2）条痕是矿物粉末的颜色，通常将矿物在无釉瓷板上刻画后进行观察。

（3）变质岩的结构具有变晶结构和变余结构两大类。

（4）古生代包括有：寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。

（5）褶皱的主要要素包括：核部、翼部、枢纽和轴面。

（5）地下水的运动有：层流、紊流和混合流三种形式。

（6）沉积岩的构造主要有：层理构造、递变层理、波痕与泥裂等。

三、简答题（每小题7分，共28分）

（1）何谓流砂？它一般在哪些情况下最容易发生？

答：所谓流砂是指地下水自下而上渗流时，土产生流动的现象。当地下水

的动水压力大于土的浮容重或者地下水的水力坡度大于临界水力坡度时，就会产生流砂。地下水位以下开挖基坑、埋设管道、打井等工程活动中，最容易发生流砂现象。

（2）何谓风化作用？影响风化作用的主要因素有哪些？

答：岩石一旦出露在地表，在太阳辐射作用下，其物理化学性质必然会发生变化，岩石的这种物理、化学性质的变化，称为风化；引起岩石这种变化的作用称为风化作用。

影响风化作用的主要因素有：气候因素、地形因素和地质因素等。

（3）按照埋藏条件，地下水可以分为哪几种类型？

答：按照埋藏条件，地下水可以分为：上层滞水、潜水和承压水。

（4）何谓现场原位测试？现场测试的方法主要有哪些？

答：现场原位测试是指在岩土层原来所处的位置、基本保持天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，进行岩土的工程力学性质指标的测定。现场测试的方法主要有：静力载荷试验、触探试验、剪切试验和地基土动力特性实验等。

四、多项选择题（每题2 分，共16分）

（1）ABCD；  （2）ACD；  （3）C；  （4）ABC；  （5）B；  （6）BCD

五、问答题（每小题6分，共12分）

（1）确保建筑物地基稳定和满足使用要求，地基承载力必须满足哪些条件？

答：地基承载力必须满足如下条件：

① 具有足够的地基强度，保持地基受负荷后不致因地基失稳而发生破坏；

② 地基不能产生超过建筑物对地基要求的容许变形值。

（2）何谓岩溶？岩溶作用的发生须具有哪些基本条件？

答：凡是以地下水为主、地表水为辅，以化学过程为主、机械过程为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用，岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象统称岩溶。岩石的可溶性、透水性、水的溶蚀性、流动性，是岩溶发生的基本条件。

六、论述题（每小题10分，共20分）

（1）试述生物层序律的涵义

答：在漫长的地质历史时期内，生物从无到有、从简单到复杂、从低级到高级

发生不可逆转的发展演化；所以不同地质时代的岩层中含有不同类型的化石及其组合。而在相同地质时期的相同地理环境下形成的地层，则都含有相同的化石，这就是生物层序律。根据生物层序律，寻找和采集古生物化石标本，就可以确定岩层的地质年代。

（2）试述工程地质测绘的主要内容和方法要点

答：工程地质测绘是最基本的勘察方法和基础性工作，其工作内容包括工程地质条件的全部要素，如：岩土体的性质、地质构造的研究、地形地貌研究、水文地质

条件研究、各种物理地质现象的研究以及天然建筑材料研究等。

其方法要点有：路线法、布点法、追索法等。

结构工程实验报告

实验名称：结构的动力特性试验

实验类型：（3） （1）演示；（2）验证；（3） 综合；（4）设计；（5）其他

学 院：环境与安全工程学院

学生姓名：孙奥伟

专业班级：土木101

学 号：10434217

指导老师：王新杰、谢静静

20xx~20xx学年第二学期第4次实验

同实验者：申元畅、盛晓青、祁向楠

实验时间20xx年4月23日

实验四 结构的动力特性试验

一、试验目的

（1）了解振动测试与控制实验系统的组成、安装和调整的方法。

（2）学会激振器、传感器与数采分析仪的操作、使用方法。 （3）学会测量钢梁的强迫振动频率。 本实验属于综合性实验。

二、实验仪器及设备

（1）振动与控制实验台包括简支梁、 悬臂梁、薄壁圆盘、单自由度系统、二自由度系统、多自由度系统模型，配以主动隔振、被动隔振的空气阻尼减震器、单式动力吸振器、复式动力吸振器等组成。

（2）激动振系统与测振系统，激振系统包括DH1301正弦扫频信号源，JZ-1接触式激器,JZF-1非接触式激振器，偏心电动机，调压器，力锤； MT-3T型磁电式振动速度传感器，DH130压电式加速度传感器，WD302电涡流位移传感器、测力传感器；动态采集分析系统包括信号调理器、数据采集仪、计算机系统、控制与基本分析软件、模态分析软件。

三、实验原理及操作步骤

（1）安装偏心电动机。偏心激振电机的电源线调接到调压器的输入端（电源使用三芯接地插座），一定要小心防止接错，把调速电机通过安装底板安装在简支梁中部，电机转速可用调压器电压调节旋钮来调节，调节输出电压到110v左右，调好后在实验过程中不要改变电机转速。

（2）安装DH1301正弦扫频信号源。将DH1301正弦扫频信号源的输出电压调节旋钮左旋到最小位置，把激振器与输出接线柱相连。

（3）接测试系统。将扫频信号源的输出信号接到采集仪的1-1通道。将速度传感器布置在偏心激振电机附近，速度传感器测得的信号接到数采仪的1-2通道。设置频率类型，正弦扫频的起、止频率后按“确认”，设置好后按“开始”，调节电压信号到875mv.频率扫频点开始移动，此时观察梁的振动情况。按压电式加速度传感器DH187，选AC方式，量程

（4）打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个项目，设置采样频率1K量程范围、工程单位和传感器灵敏度等参数（按压电式加速度传感器DH187，选AC方式，量程927，灵敏度系数5.394，磁电式速度传感器610、620选SIN-DC，灵敏度系数选210mv/mm?s），然后平衡、清除零点、启动采样，在曲线显示窗口内点击鼠标右键，选择信号，选择波型1-1和1-2，选择X-Y记录仪显示方式。开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。

（5）调节DH1301 扫频信号源的输出功率，第一步使用线性扫频找出振动频率的大致值，然后利用正弦定频找出利萨如图形的频率，使屏幕上出现一直线或椭（正）圆，此时信号源显示频率即为简支梁的强迫振动的频率f。

（6）注意采集仪器在采集数据的过程中，不允许关掉仪器。

加强，在80~90Hz之间一直减弱，定出振动频率的大致值在74~85Hz之间。 然后利用正弦定频仔细查找共振频率，由于频率是以0.1Hz增加的，通过手触感觉共振频率大致在79~80Hz之间。由于是通过自己的手感觉的，所以只能确定大概的值。

五、结果与讨论

（1）电源电压为110V时，梁的强迫振动的频率是多少？

实验结果测得的电压为110V时，梁的强迫振动在79~80Hz左右，由于通过人体的感觉，所以无法确定数据。

（2）振动与控制实验台由哪几部分组成？

振动与控制实验台包括：简支梁，悬臂梁，薄壁圆盘，单自由度系统，二自由度系统，多自由度系统模型，配以主动隔振，被动隔振的空气阻尼减震器，单式吸震器，复式吸震器组成。

（3）控制分析软件的使用步骤？

新建一个项目，设置采样频率1K量程范围、工程单位和传感器灵敏度等参数（按压电式加速度传感器DH187，选AC方式，量程927，灵敏度系数5.394，磁电式速度传感器610、620-1

选SIN-DC，灵敏度系数选210mv/mm?s），然后平衡、清除零点、启动采样，在曲线显示窗口内点击鼠标右键，选择信号，选择波型1-1和1-2，选择X-Y记录仪显示方式。开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。

（4）写出实验过程中扫频信号给的电压及其出现利萨如图形时的频率

第一步，使用线性扫频扫出振动频率的大致值，在75~85Hz之间。然后利用正弦定频找出共振频率大概在79~80Hz之间。

拉伸实验是测定材料在常温静载下机械性能的最基本和重要的实验之一。这不仅因为拉伸实验简便易行，便于分析，且测试技术较为成熟。更重要的是，工程设计中所选用的材料的强度、塑形和弹性模量等机械指标，大多数是以拉伸实验为主要依据。

实验目的（二级标题左起空两格，四号黑体，题后为句号）

1、验证胡可定律，测定低碳钢的E。

2、测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力Rel和抗拉强度Rm。

3、测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率A和断面收缩率Z

4、测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度Rm

5、绘制低碳钢和灰铸铁拉伸图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸树的力学性能和破坏形式。

实验设备和仪器

万能试验机、游标卡尺，引伸仪

实验试样

实验原理

按我国目前执行的国家GB/T 228—20xx标准——《金属材料室温拉伸试验方法》的规定，在室温10℃～35℃的范围内进行试验。

将试样安装在试验机的夹头中，固定引伸仪，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（应根据材料性能和试验目的确定拉伸速度），直到拉断为止，并利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图（图2－2所示）。

应当指出，试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形ΔL主要是整个试样（不只是标距部分）的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素。由于试样开始受力时，头部在夹头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。

1.低碳钢（典型的塑性材料）

当拉力较小时，试样伸长量与力成正比增加，保持直线关系，拉力超过FP

后拉伸曲线将由直变曲。保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值FP。

在FP的上方附近有一点是Fc，若拉力小于Fc而卸载时，卸载后试样立刻恢复原状，若拉力大于Fc后再卸载，则试件只能部分恢复，保留的残余变形即为塑性变形，因而Fc是代表材料弹性极限的力值。

当拉力增加到一定程度时，试验机的示力指针（主动针）开始摆动或停止不动，拉伸图上出现锯齿状或平台，这说明此时试样所受的拉力几乎不变但变形却在继续，这种现象称为材料的屈服。低碳钢的屈服阶段常呈锯齿状，其上屈服点B′受变形速度及试样形式等因素的影响较大，而下屈服点B则比较稳定（因此工程上常以其下屈服点B所对应的力值FeL作为材料屈服时的力值）。确定屈服力值时，必须注意观察读数表盘上测力指针的转动情况，读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力FeH（上屈服荷载）和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小力FeL（下屈服荷载）或首次停止转动指示的恒定力FeL（下屈服荷载），将其分别除以试样的原始横截面积（S0）便可得到上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。

即ReH=FeH/S0 ReL=FeL/S0屈服阶段过后，虽然变形仍继续增大，但力值也随之增加，拉伸曲线又继续上升，这说明材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称为材料的强化。在强化阶段内，试样的变形主要是塑性变形，比弹性阶段内试样的变形大得多，在达到最大力Fm之前，试样标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓上升的曲线，这时可明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小。此最大力Fm为材料的抗拉强度力值，由公式Rm=Fm/S0即可得到材料的抗拉强度Rm。

如果在材料的强化阶段内卸载后再加载，直到试样拉断，则所得到的曲线如图2－3所示。卸载时曲线并不沿原拉伸曲线卸回，而是沿近乎平行于弹性阶段的直线卸回，这说明卸载前试样中除了有塑性变形外，还有一部分弹性变形；卸载后再继续加载，曲线几乎沿卸载路径变化，然后继续强化变形，就像没有卸载一样，这种现象称为材料的冷作硬化。显然，冷作硬化提高了材料的比例极限和屈服极限，但材料的塑性却相应降低。

当荷载达到最大力Fm后，示力指针由最大力Fm缓慢回转时，试样上某一部位开始产生局部伸长和颈缩，在颈缩发生部位，横截面面积急剧缩小，继续拉伸所需的力也迅速减小，拉伸曲线开始下降，直至试样断裂。此时通过测量试样断裂后的标距长度Lu和断口处最小直径du，计算断后最小截面积（Su），由计算公式ALuL0SSu100%Z0100%L0S0、即可得到试样的断后伸长率A和断面收缩率Z。

2 铸铁（典型的脆性材料）

脆性材料是指断后伸长率A＜5％的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。而且，大多数脆性材料在拉伸时的应力－应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，也不会出现屈服和颈缩等现象（如图2－2b所示），只有断裂时的应力值——强度极限。

铸铁试样在承受拉力、变形极小时，就达到最大力Fm而突然发生断裂，其抗拉强度也远小于低碳钢的抗拉强度。同样，由公式Rm=Fm/S0即可得到其抗拉强度Rm，而由公式ALuL0  L0100%则可求得其断后伸长率A。

实验结果与截图

篇二：力学实验报告标准答案

1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同

答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).

2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.

答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。.

3.分析铸铁试件压缩破坏的原因.

答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。

4、低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料

答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。

5.试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响为什么

答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。

6.逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量

答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。

7.试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么应采取什么措施

答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。

8.测G时为什么必须要限定外加扭矩大小

答：所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。

9.碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同分析其原因.

答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约45°的螺旋形曲面，为拉应力破坏。

10.铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系为什么

答：有关系。扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏，所以铸铁断口和扭转方向有关

11.实验时未考虑梁的自重,是否会引起测量结果误差为什么

答：施加的荷载和测试应变成线性关系。实验时，在加外载荷前，首先进行了测量电路的平衡（或记录初读数），然后加载进行测量，所测的数（或差值）是外载荷引起的，与梁自重无关。

12.画出指定A、B点的应力状态图.A点 B点σx σx τ τ

13.DB DB测取弯曲正应力测取扭转剪应力

14.压杆稳定实验和压缩实验有什么不同答：不同点有：

1、目的不同：压杆稳定实验测临界力，压缩实验测破坏过程中的机械性能。

2、试件尺寸不同：压杆试件为大柔度杆，压缩试件为短粗件。

3、约束不同：压杆试件约束可变，压缩试件两端有摩擦力。

4、实验现象不同：压杆稳定实验试件出现侧向弯曲，压缩实验没有。

5、承载力不同：材料和截面尺寸相同的试件，压缩实验测得的承载力远大 于压杆稳实实验测得的。

6、实验后试件的结果不同：压杆稳定试件受力在弹性段，卸载后试件可以反复使用，而压缩件已经破坏掉了，不能重复使用。

篇三：力学实验报告标准答案

目 录

一、 拉伸实验···············································································2

二、 压缩实验···············································································4

三、 拉压弹性模量E测定实验···················································6

四、 低碳钢剪切弹性模量G测定实验·······································8

五、扭转破坏实验····································································10

六、 纯弯曲梁正应力实验··························································12

七、 弯扭组合变形时的主应力测定实验··································15

八、 压杆稳定实验······································································18

一、拉伸实验报告标准答案

实验目的： 见教材。 实验仪器 见教材。

实验结果及数据处理： 例:(一)低碳钢试件

强度指标:

Ps=__22.1___KN屈服应力 ζs= Ps/A __273.8___MPa P b =__33.2___KN强度极限 ζb= Pb /A __411.3___MPa 塑性指标:

伸长率L1-LL100%AA1A

33.24 %面积收缩率

100%

68.40 %

低碳钢拉伸图:

（二）铸铁试件

强度指标:

最大载荷Pb =__14.4___ KN

强度极限ζb= Pb / A = _177.7__ M Pa

问题讨论：

1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同

答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.

材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).

2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.

答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。.

教师签字:_ _______

日 期:___ _____

二、压缩实验报告标准答案

实验目的：见教材。 实验原理： 见教材。

实验数据记录及处理： 例：(一)试验记录及计算结果

问题讨论：

分析铸铁试件压缩破坏的原因.

答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。

关于工程材料综合实验报告

篇一：工程材料综合实验报告

一 ，实验目的

1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；

2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之 间的相互关系；

3、了解碳钢的热处理操作；

4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响； 5、观察热处理后钢的组织及其变化；

6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。

二 ，实验设备及材料

1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等； 2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；

3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）

三， 实验内容

三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，

均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。

1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方 式）

实验中对低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10进行如下表热处理

2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。 3、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。

4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。

四 ，实验步骤：

1、观察平衡组织并测硬度：

（1） 制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）； （2） 观察并绘制显微组织； （3） 测试硬度。

2、进行热处理。

3、观察热处理后的组织并测硬度：

（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）； （2）察并拍摄显微组织。

五 ，实验处理：

1,观察和分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织

平衡组织一般指合金在极为缓慢冷却的条件下所得到的组织。铁碳合金在平衡状态下的显微组织，可以根据Fe-Fe3C相图来分析，从相图来看，所有碳钢和白口铸铁在室温下的显微组织均由铁素体和渗碳体所组成。但是由于碳含量的不同，结晶条件的差别，铁素体和渗碳体的相对数量、形态、分布和混合情况均不一样，因而呈现各种不同特征的组织组成物。

2、铁碳合金在室温下的组织

3、铁碳合金的成分--组织--性能关系

组织：在室温下，碳质量分数不同时，合金的组织在变化。随着碳质量分数的 增大，组织按下列顺序变化：F、F+P、P+Fe3CⅡ、P+Fe3CⅡ+Le’、Le’+Fe3CⅠ、 Fe3C。 性能：硬度主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和相对数量，而受他们 的形态影响比较小，随着碳质量分数的增加，由于硬度高的Fe3C增多， 硬度低的F减少，所以合金的硬度呈直线关系增大，由全部为F的硬度 约为80HRB增大到全部为Fe3C时约800HRB。

强度是一个对组织形态很敏感的性能。随碳质量分数的增加，亚共析钢中 P增加而F高，F的强度值较低，所以亚共析钢的强度随碳质量分数的增 大而增大。减少，P的强度比较高，其大小与细密程度有关，组织越细密 则强度值越当碳质量分数超过共析成分之后，由于强度较低的Fe3CⅡ沿晶 界出现，合金强度增高变慢，到W(C)为0.9%时，Fe3CⅡ沿晶界形成完整的 网，强度迅速降低，随着碳质量分数的增加，强度继续降低。塑性变形全部由F提供，所以随碳质量分数的增加，F量不断减少时，合 金的塑性连续下降。

4、热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相的组织结构来控制其性能的一种金属热加工工艺。其基本的工艺过程有退火、正火、淬火、回火。 它的特点是：只改变金属材料内部组织结构，获得所需性能，尽量避免改变零件的形状。 同样的材料经过不同的热处理方法，可以得到不同的内部组织，因此，热处理工艺可以最大限度地发挥材料的潜力。

5、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响

淬火加热温度的选择：对于亚共析钢采用Ac3+30~50°，对于共析钢和过共析钢采用Ac1+20~40°。对于亚共析钢如果淬火温度过高，奥氏体晶粒就会粗大，淬火后严重影响和降低塑性和韧性，如果淬火温度过低，奥氏体化就会不完全，淬火后会有铁素体，导致淬火硬度不够，强度降低。

对于共析钢和过共析钢，淬火温度高了，同样奥氏体晶粒就会粗大，同时碳化物溶入奥氏体过多，淬火后容易变形开裂，同时严重降低硬度和强度，如果温度低了，碳化物溶入奥氏体过少，大部分碳化物保留下来，淬火后也容易变形开裂，奥氏体化后奥氏体含碳量过低，导致淬不上火，导致淬火后马氏体硬度不够，强度降低。

一、实验目的

（1） 熟悉Philips射线衍射仪的基本结构和工作原理

（2）基本学会样品测试过程

（3）掌握利用衍射图进行物相分析的方法

（4）基本掌握利用衍射图进行物质结构分析的方法

二、实验原理

晶体的X射线衍射图谱是对晶体微观结构精细的形象变换，每种晶体结构与其X射线衍射图之间有着一一对应的关系，任何一种晶态物质都有自己独特的X射线衍射图，而且不会因为与其它物质混合在一起而发生变化，这就是X射线衍射法进行物相分析的依据.规模最庞大的多晶衍射数据库是由JCPDS（Joint Committee on Powder Diffraction Standards）编篡的《粉末衍射卡片集》（PDF）。

三、仪器和试剂

飞利浦Xpert Pro 粉末X射线衍射仪；无机盐

四、实验步骤

1.样品制备

（1）粉末样品制备：任何一种粉末衍射技术都要求样品是十分细小的粉末颗粒，使试样在受光照的体积中有足够多数目的晶粒。因为只有这样，才能满足获得正确的粉末衍射图谱数据的条件：即试样受光照体积中晶粒的取向是完全机遇的。粉末衍射仪要求样品试片的表面是十分平整的平面。

（2）将被测样品在研钵中研至200-300目。

（3）将中间有浅槽的样品板擦干净，粉末样品放入浅槽中，用另一个样品板压一下， 样品压平且和样品板相平。

2. 块状样品制备

X光线照射面一定要磨平，大小能放入样品板孔，样品抛光面朝向毛玻璃面，用橡皮泥从后面把样品粘牢，注意勿让橡皮泥暴露在X射线下，以免引起不必要干扰。

3. 样品扫描

在new program中编好测试程序open program measureprogram开始采集数据在HighScore中处理谱图。

五、实验结果

1.物相分析

实验得到的衍射图各衍射峰d值如表1：

2矿和TiO2金红石。

2.定量分析

利用全谱拟合方法（WPPF)对谱图进行处理后，得到TiO2锐钛矿的含量是

50.1％，TiO2金红石的含量是49.9％。

3.晶体结构分析

利用软件处理谱图后得到两种TiO2晶体的晶体结构数据，并根据晶格常数

判断出晶胞的晶系，结果如表2：

1R： ρ=○

(g/m3)=4.275 (g/cm3) 2A：ρ=○(g/m3)=3.894 (g/cm3)

4.结果分析

1对于样品的物相分析是准确的，所有的峰都与PDF标准卡片中TiO2锐钛矿和○TiO2金红石的峰相重叠，虽然在强度上略微有所不同，但考虑到仪器和操作填料

的差异，这是在误差允许范围内的。

2对于样品的定量分析，○同一天的两组同学测得的结果如表3所示，从表3中我们可以看出，对于同一份样品，两组同学的测量结果略微有些差异。这些差异主要来自于研磨的程度不同、装填样品的凹凸程度和平滑程度不同，但差异是在误差允许范围的。

3是在误差允许范围的；但两组同学的晶体尺寸都较大，超过100nm，从仪器测量的角度来说以及谢乐公式来说，测量误差都是较大的，这表明我们对样品的研磨并不充分；利用晶格常数计算出的密度与查阅资料得到的密度相符合。（文献中：

33锐钛矿：3.82-3.97 g/cm,金红石：4.2-4.3 g/cm）

六、思考题

（1）X射线在晶体中衍射的二要素是什么？

答：衍射方向和衍射强度是衍射的二要素。通过衍射强度与衍射方向可以确定晶体的物相组成和晶格参数等信息。

（2）晶面指数是否等于衍射指数，它们之间的关系是什么？

， 答：不等于。晶面指数与衍射指数有如下关系：h=nh*，k=nk*，l=nl*，其中n为衍射级数，

，h，k，l为晶面参数，h*，k*，l*为衍射指数。

（3）劳埃方程与布拉格方程解决什么问题？它们本质是否相同？

答：解决X射线波长和衍射方向关系的问题从而得出晶胞信息。相对来说，布拉格方程比劳埃方程更加简单，而二者的物理本质是一样的，从劳埃方程可以推导出布拉格方程。

（4）如何从一种晶体的多晶X射线衍射图上判别是立方还是四方？

答：晶体尺寸在100nm以下时，可以通过谢乐公式近似计算晶粒尺寸：

DCk，其中k为仪器参数，λ为X射线的波长，B为衍射峰的半高宽度，θ为衍Bcos

射角。借助谢乐公式可以计算出晶体的尺寸从而判断晶胞的结构式立方还是四方。

（5）衍射线宽化是由那些因素引起的？

答：样品粉末的颗粒细化；化学计量式不唯一；存在晶格畸变；点阵缺陷；晶体结构对称性 下降；仪器自身原因导致的衍射峰宽化等等。

实验报告标准答案范文

1、为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同?

答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).

2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.

答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。.

3.分析铸铁试件压缩破坏的原因.

答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。

4、低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料?

答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。

5.试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么?

答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。

6.逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量?

答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。

7.试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么措施?

答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。

8.测G时为什么必须要限定外加扭矩大小?

答：所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。

9.碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因.

答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约45°的螺旋形曲面，为拉应力破坏。

10.铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系?为什么?

答：有关系。扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏，所以铸铁断口和扭转方向有关

11.实验时未考虑梁的自重,是否会引起测量结果误差?为什么?

答：施加的荷载和测试应变成线性关系。实验时，在加外载荷前，首先进行了测量电路的平衡（或记录初读数），然后加载进行测量，所测的数（或差值）是外载荷引起的，与梁自重无关。