低碳钢拉伸实验报告

-1-低碳钢拉伸试验报告材科1002班任惠41030096一、试验目的1、测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能2、测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数二、试验原理和要求原理：低碳钢材料的机械性能指标是由拉伸破坏试验来确定的，拉伸过程有弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。通过拉伸试验，可以确定材料的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率等性能指标。而且可以通过Hollomon公式计算出材料的应变硬化系数与应变硬化指数。要求：按照相关国标标准（GB/T228-2002：金属材料室温拉伸试验方法）要求完成试验测量工作。三、试验材料与试样试验材料：退火低碳钢、正火低碳钢、淬火低碳钢的R4标准试样各一个。试样规格尺寸及公差要求如表1、表2所示；试样示意图如图1所示：图1低碳钢拉伸试样示意图表1R4试样的规格尺寸原始标距Lo平行长度Lc截面原始直径d过渡弧半径r头部直径d’50mm60mm10mm8mm20mm表2R4试样的横向尺寸公差尺寸公差形状公差±0.07mm0.04mm四、试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备1.试验测试内容(1)直接测量的物理量：试样的原始标距L0、断后标距Lu、原始直径d0、断后直径du。(2)连续测量加载过程中的载荷P和试样的伸长量ΔL=L-L0数据。（由万能材料试验机给出应力-应变曲线）-2-2.测量工具、仪器、设备(1)万能材料试验机。其主要技术规格及参数如下：a.最大试验力：200kNb.试验力准确度：优于示值的0.5%c.力值测量范围：最大试验力的0.4%-100%d.变形测量准确度：在引伸计满量程的2%-100%范围内优于示值的1%e.横梁位移测量：分辨率的0.001mmf.横梁速度范围：0.005mm/min-500mm/min，无级，任意设定g.夹具形式：标准楔形拉伸附具、压缩附具、弯曲附具(2)游标卡尺：精确度0.02mm(3)载荷传感器：0.5级，是指载荷传感器示值的最大相对误差为±0.5%(4)引伸计：标距为50mm，0.5级，0.5级引伸计的标距相对误差为±0.5%(5)划线器：标记应准确到±1%注：低碳钢淬火后抗拉强度可达600MPa，而试样直径为10mm，故最大试验力为：600MPa×π(10mm/2)2=47.1kN200kN，因此试验机加载能力满足要求。五、试验步骤1．拿到试样，给试样标号：1号、2号和3号；2．用游标卡尺分别测量三个样品的两端和中间这三个位置上相互垂直方向的直径d0，记录数据，并对照R4标准试样的横向尺寸公差和形状公差，看试样是否满足要求，若不符合，则换一个试样重新测量；3．用划线器在试样上标记试样的原始标距L0，标记4条线，线和线之间的距离是10mm+40mm+10mm；4．将引伸计固定在试样的标距之间，同时将试样安装卡紧至拉伸试验机的夹头之间，试验中用引伸计检测试样的变形量，载荷传感器固定安置于试验机的下横梁和下夹头之间；5．设置试验参数，第一步，设置实验类型为拉伸试验，第二步，将载荷与位移的数值清零，第三步，选择等位移的控制方法，设置试验机的拉伸速率为6mm/min[1]，第四步，点击“实验开始”按钮，启动测试过程，计算机自动绘制出载荷-位移曲线，当曲线趋于平缓时，摘除引伸计；6．继续拉伸试验，观察试样出现颈缩直至断裂，试验机自动停止，从试验机的夹头之间取下试样，观察断口形貌；7．再用游标卡尺测量断后标距Lu[2]和颈缩处最小直径du[3]；8．重复以上步骤，测量不同热处理状态的试样；9．根据测试结果，处理数据。-3-注：[1]国标规定，试样平行长度的屈服期间应变速率应在0.00025/s~0.0025/s，因为试样平行长度为60mm，60mm×0.00025/s×60s=0.9mm/min，60mm×0.0025/s×60s=9mm/min，即试样被拉伸的速度范围是0.9mm/min~9mm/min，因此设定试验机的拉伸速率为6mm/min符合要求。[2]要求断后标距的测量工具分辨率要优于0.1mm，准确到±0.25mm，因此可以用精度为0.02mm的游标卡尺测量多组数据，求均值和方差。[3]要求断裂后最小横截面积的测定应准确到±2%，因此可以测量多组数据求方差。六、实验数据1.试样原始尺寸测量表3试样原始尺寸测量记录表试样标号原始标距L0/mm试样的原始直径d0/mm试样原始面积S0/mm2上端测量中端测量下端测量一次二次平均值一次二次平均值一次二次平均值150.09.929.949.939.949.949.949.949.949.9477.44250.09.869.929.899.909.929.919.909.929.9176.82350.09.909.909.909.909.909.909.909.909.9076.98根据规定，R4试样的原始直径d0应该满足尺寸公差要求9.93mm≤d0≤10.07mm，但是由测量结果可以看出1、2、3号试样均不满足此要求。但是三个试样的最大直径和最小直径之差均没有超过0.04mm，满足R4试样的形状公差要求。其中试样原始横截面积20014Sd，d0取的是上端、中端和下端测量平均值中的最小值。2.试样断后尺寸测量表4试样断后尺寸测量记录表试样标号测量内容断后测量值平均值断后横截面积Su/mm21断后标距Lu/mm68.6468.5068.5268.6468.6868.6668.6125.07断后直径du/mm5.665.645.652断后标距Lu/mm69.3069.2469.2727.53断后直径du/mm5.905.925.945.905.925.925.923断后标距Lu/mm23.41断后直径du/mm5.505.425.46其中，214uuSd(1)1号试样测量六组断后标距，故-4-22222268.6468.6168.5068.6168.5268.6168.6468.6168.6868.6168.6668.6161uL=0.077mm0.25mm因此测量的断后标距符合国标精度要求。(2)2号试样测量六组断后直径，因此2222225.905.925.925.925.945.925.905.925.925.925.925.9261ud=0.015mm0.02mm由于Δdu的值小于游标卡尺的测量精度，而断后直径是由游标卡尺测得的，因此Δdu至少要大于0.02mm故，220.0150.020.025mmud，0.0250.42%1%5.92uudd因此测量的断后直径符合国标精度要求。(3)3号试样由于断口处离试样一端太近，其塑性变形范围已经超过标距线，因而无法得到其断后伸长率A，故其断后标距不用测量。3.由拉伸试验机得到的数据表5由试验机得到的1、2和3号试样实验数据试样标号屈服强度ReL或Rp0.2/MPa抗拉强度Rm/MPa修约前修约后修约前修约后1267.973270429.39254302287.289285446.25464453381.5423380568.33835701、2和3号试样的应力应变曲线如图2的(a)、(b)和(c)所示。其中由于3号试样的应力应变曲线的屈服阶段不明显，故采用规定非比例延伸强度Rp0.2来表征强度性能。其中拉伸试验性能测定结果数值的修约要求如表6所示。表6性能结果的数值修约间隔要求性能范围修约间隔ReL，Rm≤200MPa200~1000MPa1000MPa1MPa5MPa10MPaA0.5%Z0.5%-5-(a)1号试样(b)2号试样(c)3号试样图21、2和3号试样的应力应变曲线七、实验数据处理1.强度性能强度性能可由屈服强度ReL(规定非比例延伸强度Rp0.2)和抗拉强度表征，列于表5中。2.塑性性能(1)断后伸长率A断后伸长率计算公式：00100%uLLAL1号试样：68.6150.037.22%50.0A，修约后A=37.0%2号试样：69.2750.038.54%50.0A，修约后A=38.5%3号试样由于断口处离试样一端太近，其塑性变形范围已经超过标距线，因而无法得到其断后伸长率。(2)断面收缩率Z断面收缩率计算公式：0100%uuSSZS，其中20014Sd，214uuSd1号试样：77.4425.0767.63%77.44Z，修约后Z=67.5%2号试样：76.8227.5364.16%76.82Z，修约后Z=64.0%3号试样：76.9823.4169.59%76.98Z，修约后Z=69.5%-6-3.应变硬化系数与应变硬化指数在载荷-位移曲线的硬化阶段取几个点，可以求得：工程应力0PS，工程应变0LL已知真应力S、真应变e与工程应力σ、工程应变ε有以下关系：(1)S，0ln(1)lldlel由此导出Hollomon公式：nSKe，K为应变硬化系数，n为应变硬化指数。对nSKe公式取对数，得：lnlnlnSKne。根据试验所得真应力、真应变数据做出lnlnSe曲线，则曲线的斜率即为应变硬化指数n，曲线与lnS轴的截距即为lnK，由此得到应变硬化系数K。1号试样：根据1号试样的应力应变曲线图(图2(a))，在均匀塑性变形阶段取10个点，如表7所示。表71号试样塑性变形取点列表载荷/kN形变量ΔL/mm工程应力σ/MPa工程应变ε真应力S真应变elnSlne24.1731.6293312.150.0326322.320.03215.7756-3.439925.6131.9769330.750.0395343.820.03885.8401-3.249926.7982.3255346.050.0465362.140.04555.8920-3.090928.162.8224363.640.0564384.160.05495.9511-2.902029.1983.3057377.040.0661401.970.06405.9964-2.748630.2423.9346390.520.0787421.250.07576.0432-2.580330.8954.4466398.950.0889434.430.08526.0740-2.462831.515.063406.900.1013448.100.09656.1050-2.338732.1375.9306414.990.1186464.220.11216.1403-2.188532.6216.9218421.240.1384479.560.12976.1729-2.0429根据表7中的lnS和lne数据作图并拟合，得到图3。-3.6-3.4-3.2-3.0-2.8-2.6-2.4-2.2-2.05.75.85.96.06.16.2lnSlne图31号试样的lnS-lne关系曲线及拟合直线-7-拟合直线方程为：lnS=0.2846lne+6.7688，线性相关系数R=0.9976因此，应变硬化指数n=0.2846；lnK=6.7688，应变硬化系数K=e6.7688=870MPa2号试样：根据2号试样的应力应变曲线图(图2(b))，在均匀塑性变形阶段取10个点，如表8所示。表82号试样塑性变形取点列表载荷/kN形变量ΔL/mm工程应力σ/MPa工程应变ε真应力S真应变elnSlne25.1801.6234325.150.0325335.710.03205.8163-3.443526.8312.0159346.470.0403360.440.03955.8873-3.230827.9332.3421360.710.0468377.600.04585.9338-3.084029.3672.8714379.220.0574401.000.05585.9940-2.885330.5393.4381394.360.0688421.470.06656