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本书以钢铁材料成型过程为研究对象，系统介绍了研究该过程所涉及的变形实验、变形过程参数检测实验、材料组织与性能检测实验等。全书分为5章，主要内容包括误差与数据处理基础知识，材料成型实验技术，轧制过程参数测试技术，金相显微组织分析技术，材料力学性能测试技术。书后附有每章的复习思考题及附录。

本书可作为高等学校材料加工工程、工程力学、建筑工程、机械工程等专业的实验教材，也可供从事与材料加工有关的工程技术人员参考。

1 误差与数据处理基础知识

1.1 测量的基本概念

1.1.1 测量

1.1.2 测量结果

1.1.3 测量方法

1.2 误差概述及基本概念

1.2.1 概述

1.2.2 误差相关的基本概念

1.2.3 误差产生的原因

1.2.4 精度

1.3 随机误差

1.3.1 误差的正态分布定律

1.3.2 测量结果及其误差

1.3.3 间接测量的误差计算

1.4 系统误差

1.4.1 系统误差的分类

1.4.2 发现系统误差的简单方法

1.4.3 系统误差的消除

1.5 过失误差与可疑数值的舍弃

1.5.1 赖特准则(3a准则)

1.5.2 肖维纳准则

1.6 有效数的修约与运算

1.6.1 近似值

1.6.2 修约规则

1.6.3 近似数的运算

1.7 实验数据表示法

1.7.1 列表法

1.7.2 作图法

1.7.3 方程法

2 材料成型实验技术

2.1 相似理论

2.1.1 概述

2.1.2 相似定理

2.1.3 相似理论的应用意义

2.2 相似模拟金属塑性变形实验

2.2.1 确定系统相似准则的步骤

2.2.2 模拟实验准则

2.2.3 模拟材料

2.2.4 塑性变形测试方法和应用

3 轧制过程参数测试技术

3.1 测试技术、测量系统及其主要特性

3.1.1 测试技术的基本概念

3.1.2 测试方法的分类

3.1.3 测量系统及其主要组成

3.1.4 测量系统的基本特性

3.1.5 测试技术在轧钢生产中的作用

3.2 传感器工作原理及其测量电路

3.2.1 传感器概述

3.2.2 传感器发展概述

3.2.3 电阻式应变传感器

3.2.4 电感式传感器

3.2.5 电容式传感器

3.2.6 压电式传感器

3.2.7 霍尔传感器

3.2.8 热敏传感器

3.3 轧制过程非电参数的测量

3.3.1 轧制力参数测量

3.3.2 轧制过程温度测量

3.3.3 轧制运动参数测量

3.3.4 轧制电参数测量

3.4 无损检测

3.4.1 概述

3.4.2 无损检测技术的发展

3.4.3 无损检测方法的选用及其对产品质量的影响

4 金相显微组织分析技术

4.1 概述

4.1.1 金属材料的组织结构与性能

4.1.2 显微组织结构的内容

4.1.3 传统的显微组织结构与成分分析测试方法

4.1.4 x射线衍射与电子显微镜

4.2 扫描电子显微分析

4.2.1 概述

4.2.2 扫描电镜的工作原理及结构

4.2.3 样品的制备方法

4.2.4 扫描电镜在材料研究中的应用

4.3 透射电子显微分析

4.3.1 概述

4.3.2 透射电镜的结构

4.3.3 透射电镜的图像衬度及电子衍射原理

4.3.4 样品的制备方法

4.4 x射线衍射分析

4.4.1 粉末照相法

4.4.2 X射线衍射仪

5 材料力学性能测试技术

5.1 概述

5.1.1 强度

5.1.2 塑性

5.1.3 硬度

5.1.4 韧性

5.1.5 疲劳强度

5.2 材料试验机

5.3 疲劳试验

5.3.1 疲劳试验的分类

5.3.2 疲劳载荷

5.3.3 试样设计

复习思考题

附录 实验部分

实验一 变形测试方法的实验研究

实验二 电阻应变片的粘贴组桥及保护

实验三 轧制压力传感器的标定

实验四 轧制压力的测定

实验五 金相样品的制备与显微组织的显露

实验六 金属疲劳试验

参考文献

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    加热系统采用的是闭环伺服系统，闭环系统的程序是时间的函数。温度的测量采用热电偶或光电高温计。由于热电偶（或光电高温计）输出的电压值很小，且随温度的变化是非线性的，所以首先应在电控柜的模块中进行线性化处理，使得试件温度每变化l°C，调节器输出lmV的电压。经线性化处理后热电偶电压输入到热控制模块中，输入该模块的还有计算机给出的指令信号（计算机编制的控制程序）。然后两信号一同馈入热伺服模块中。伺服模块的功能是比较这两个输入信号并为可控硅调节器提供脉冲，来实时调节通过试样的电流大小，保持实际温度与程序温度相一致。由于反馈信号与计算机信号极性相反，如果实际温度与程序相当，则两信号合成为零。如果程序温度高于反馈温度，则提供变化了的触发脉冲宽度，加宽可控硅导通角，增加输出电流，从而使反馈信号丢失（例如热电偶与试件的焊点断开），这将引起温度超控，或者在很高的加热速率下加热，变压器输出功率跟不上，则设在控制模块上的自动停止系统将会自动中断加热。

    当强大的加热电流通过试样时，将在试样及周围空间形成相当强的电磁场，这种强磁场会在热电偶回路及测试仪器中产生干扰信号。另外，当热电偶的两条线沿长度方向处于不等电位时，就可能有0.01～0.1V的电压梯度叠加到热电偶的输出端。为了排除上述干扰，保证温控精度，Gleeble热模拟机使用了一个时间均匀系统，这个控制系统采用一种脉冲控制技术，有规律地在每半个周波里，提供大约20。的相位角断电（电网频率的一个周波等于360。相位角），利用每一电周波断电两次的瞬间测定试样的实际温度。由于每次测试的时间**短，这样既解决了强磁场的干扰，又做到了加热温度的准确控制。

    Gleeble-1500的冷却系统包括两个部分。一是靠试样与夹具的接触传导冷却，二是使用喷水（或喷气）急冷装置冷却。与加热一样，接触传导时的冷速取决于试件的材质、试件的尺寸、夹持试件的卡头材料以及夹持试样的自由跨度。热量由试样中心向卡头夹持试样，可以获得较大的冷速。极快的冷速需要采用喷水急冷装置。

    由于Gleeble电阻加热试件使用的是普通工频电（50Hz或60Hz），频率低，集肤效应很小，可以认为电流在试件截面上均匀流过。另外，由于金属或合金的体电阻各处是相同的，所以整个试件的加热可以认为都是均匀的。在物理模拟试验过程中，热能连续的增加或减少以控制试件的温度。当输入的总热量与损失的总热量（即试件沿轴向通过夹具传导走的热量以及试样的表面对流和辐射散热）相当时，试件处于热平衡状态，试样保持恒温。当加入的热量大于损失的热量，则试件温度上升；如果加入的热量少于损失的热量，则试件温度下降。试样的轴向冷却产生了一个横向的等温面，通过选择试样尺寸、自由跨度和不同材质卡具，可以调节轴向温度梯度，并可在试样的跨度的中部获得一定体积的均温区。均温区即为物理模拟试件的工作区，其宽窄对模拟试验结果有重要影响。

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前言

    加热系统采用的是闭环伺服系统，闭环系统的程序是时间的函数。温度的测量采用热电偶或光电高温计。由于热电偶（或光电高温计）输出的电压值很小，且随温度的变化是非线性的，所以首先应在电控柜的模块中进行线性化处理，使得试件温度每变化l°C，调节器输出lmV的电压。经线性化处理后热电偶电压输入到热控制模块中，输入该模块的还有计算机给出的指令信号（计算机编制的控制程序）。然后两信号一同馈入热伺服模块中。伺服模块的功能是比较这两个输入信号并为可控硅调节器提供脉冲，来实时调节通过试样的电流大小，保持实际温度与程序温度相一致。由于反馈信号与计算机信号极性相反，如果实际温度与程序相当，则两信号合成为零。如果程序温度高于反馈温度，则提供变化了的触发脉冲宽度，加宽可控硅导通角，增加输出电流，从而使反馈信号丢失（例如热电偶与试件的焊点断开），这将引起温度超控，或者在很高的加热速率下加热，变压器输出功率跟不上，则设在控制模块上的自动停止系统将会自动中断加热。

    当强大的加热电流通过试样时，将在试样及周围空间形成相当强的电磁场，这种强磁场会在热电偶回路及测试仪器中产生干扰信号。另外，当热电偶的两条线沿长度方向处于不等电位时，就可能有0.01～0.1V的电压梯度叠加到热电偶的输出端。为了排除上述干扰，保证温控精度，Gleeble热模拟机使用了一个时间均匀系统，这个控制系统采用一种脉冲控制技术，有规律地在每半个周波里，提供大约20。的相位角断电（电网频率的一个周波等于360。相位角），利用每一电周波断电两次的瞬间测定试样的实际温度。由于每次测试的时间*常短，这样既解决了强磁场的干扰，又做到了加热温度的*确控制。

    Gleeble-1500的冷却系统包括两个部分。一是靠试样与夹具的接触传导冷却，二是使用喷水（或喷气）急冷装置冷却。与加热一样，接触传导时的冷速取决于试件的材质、试件的尺寸、夹持试件的卡头材料以及夹持试样的自由跨度。热量由试样中心向卡头夹持试样，可以获得较大的冷速。极快的冷速需要采用喷水急冷装置。

    由于Gleeble电阻加热试件使用的是普通工频电（50Hz或60Hz），频率低，集肤效应很小，可以认为电流在试件截面上均匀流过。另外，由于金属或合金的体电阻各处是相同的，所以整个试件的加热可以认为都是均匀的。在物理模拟试验过程中，热能连续的增加或减少以控制试件的温度。当输入的总热量与损失的总热量（即试件沿轴向通过夹具传导走的热量以及试样的表面对流和辐射散热）相当时，试件处于热平衡状态，试样保持恒温。当加入的热量大于损失的热量，则试件温度上升；如果加入的热量少于损失的热量，则试件温度下降。试样的轴向冷却产生了一个横向的等温面，通过选择试样尺寸、自由跨度和不同材质卡具，可以调节轴向温度梯度，并可在试样的跨度的中部获得一定体积的均温区。均温区即为物理模拟试件的工作区，其宽窄对模拟试验结果有重要影响。

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书籍介绍

《材料加工实验与测试技术》以钢铁材料成型过程为研究对象，系统介绍了研究该过程所涉及的变形实验、变形过程参数检测实验、材料组织与性能检测实验等。全书分为5章，主要内容包括误差与数据处理基础知识，材料成型实验技术，轧制过程参数测试技术，金相显微组织分析技术，材料力学性能测试技术。书后附有每章的复习思考题及附录。

《材料加工实验与测试技术》可作为高等学校材料加工工程、工程力学、建筑工程、机械工程等专业的实验教材，也可供从事与材料加工有关的工程技术人员参考。