機械性質實驗 Instructor: Dr. Chih-Chieh Wang ( 王致傑博士 )

大綱

拉伸實驗 抗衝擊實驗 洛氏硬度實驗 微氏硬度實驗

拉伸實驗 兩種曲線 : 具有明顯降伏強度，不具明顯降伏強度

目的 : 瞭解材料在受到拉力時，抵抗伸長變形的能力及斷裂的特性 ( 強度 ) 。

具有明顯降伏強度彈性限 : 符合虎克定律 ( 應變應力是線性關係 )比例限 : 變形仍屬彈性但應力應變不再是線性關係 ) 降伏點 : 對施加賀重，達某一值時，應力突然下降最大抗拉強度 : 經降伏後應力會隨外加應力的增加而提升，當達到最高點時的應力

虎克定律 (應變應力是線性關係 ): σ=Eε (E: Young’s modulus) 降伏強度 (yield strength): σyield=最大抗拉強度 (Ultimate Tensile Strength, UTS): σUTS=破斷強度 (Breaking strength): σf=

不具有明顯降伏強度

降伏點 :0.2% 或 0.002 截距位置畫一平行線

延性 (ductility) 伸長率 : (L0: 實驗前長度 L1: 破斷時長度 )

斷面縮率 : (A0: 實驗前面積 Af: 破斷時面積 )

斷裂面

(a) 高延性破壞，試片頸縮至一點， (b) 些許頸縮後的中等延性破壞， (c) 沒有任何塑性變形的脆性破壞。

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杯錐形破壞的幾個階段。 (a) 最初頸縮， (b) 小的孔洞形成， (c) 孔洞合併成裂縫， (d) 裂縫成長， (e) 最後剪破壞發生於與拉伸成 45° 角度的方向。

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斷裂面 (cup and cone)

(a) 鋁的杯錐形破壞， (b) 中碳鋼的脆性破斷。

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(a) 照片顯示脆性破壞的 V 形狀的「山形紋」特徵，箭號指示裂縫的源頭，本圖約為實際大小。

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真應力和真應變

瞬間截面積

初始截面積

:

:

Ai: 瞬間截面積

抗衝擊實驗I.

II.

I-II

I.h𝑊 1=𝑊𝑅¿ h𝑊 2=𝑊𝑅 ¿

II.

試片破斷所吸收 (I-II) :∆ E=W (h1−h2 )=WR ¿

抗衝擊 : ∆ EA 實驗值

已知

試片斷面面積{𝑘𝑔𝑓 −𝑚𝑐𝑚2 }單位 :

目的 : 利用衝擊了解材料的韌性高低 ( 能量 )

溫度對衝擊值的影響

(Fracture transition plastic temperature, FTPT)

低溫 : 呈現脆性破斷，破斷面光亮平整韌脆轉換溫度 : 破斷處產生大量塑性變形，破斷面光澤較灰暗

洛氏硬度實驗 用一定的荷重押入材料表面，使試片產生壓痕，根據

壓痕大小經過換算來表示材料的洛氏硬度值 HRA: 是採用 60Kg 載荷和鑽石錐壓入器求的硬度，用

於硬度較高的材料。例如：硬質合金。 HRB: 是採用 100Kg 載荷和直徑 1.58mm 淬硬的鋼球求

得的硬度，用於硬度較低的材料。例如：退火鋼、 鑄鐵等。

HRC: 是採用 150Kg 載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度，用於硬度很高的材料。例如：淬火鋼等

表示方法 : 硬度符號 + 硬度數據

測試原理

t= t2-t3

http://www1.ytit.edu.tw/edu/me/148/B05.pdf

HRC=100-500tHRB=130-500t

( 由刻度讀出 )

適用於顯微鏡分析。以 120kg 以內的載荷和頂角為 136° 的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，受壓之後造成永久變形，量取對角線長度，求取硬度值。

HV=P/A=1854.4P/d2 (P= 荷重 (g) A= 壓痕表面積 (mm2) D= 凹痕之平均對角線長度 (mm))

維氏硬度實驗

http://www.yrmade.net/ydjqt6.html