材料力学性能拉伸试验报告.docx
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材料力学性能拉伸试验报告
[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。
[试验材料]
通过室温拉伸试验完成上述性能测试工作，测试过程执行GB/T228-2002:
金属材料室温拉伸试验方法：
1.1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。
1.2热处理状态及组织性能特点简述：
1.2.1退火低碳钢：
将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃，保温一段时间后，缓慢而均匀的冷却称为退火。
特点：
退火可以降低硬度，使材料便于切削加工，并使钢的晶粒细化，消除应力。
1.2.2正火低碳钢：
将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温后在空气中冷却称为正火。
特点：
许多碳素钢和合金钢正火后，各项机械性能均较好，可以细化晶粒。
1.2.3淬火低碳钢：
对于亚共析钢，即低碳钢和中碳钢加热到Ac3以上30-50℃，在此温度下保持一段时间，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却（水冷或油冷），使奥氏体来不及分解而形成马氏体组织，称为淬火。
特点：
硬度大，适合对硬度有特殊要求的部件。
1.3试样规格尺寸：
采用R4试样。
参数如下：
标距
平行长度
截面原始直径
过渡弧直径
头部直径
50mm
60mm
10mm
8mm
20mm
1.4公差要求
尺寸公差
形状公差
士0.07mm
士0.04mm
[试验原理]
1.原理简介：
材料的机械性能指标是由拉伸破坏试验来确定的，由试验可知弹性阶段卸荷后，试样变形立即消失，这种变形是弹性变形。
当负荷增加到一定值时，测力度盘的指针停止转动或来回摆动，拉伸图上出现了锯齿平台，即荷载不增加的情况下，试样继续伸长，材料处在屈服阶段。
此时可记录下屈服强度ReL。
当屈服到一定程度后，材料又重新具有了抵抗变形的能力，材料处在强化阶段。
此阶段：
强化后的材料就产生了残余应变，卸载后再重新加载，具有和原材料不同的性质，材料的强度提高了。
但是断裂后的残余变形比原来降低了。
这种常温下经塑性变形后，材料强度提高，塑性降低的现象称为冷作硬化。
当荷载达到最大值Rm后，试样的某一部位截面开始急剧缩小致使载荷下降,至到断裂。
[试验设备与仪器]
1.1试验中需要测得：
（1）连续测量加载过程中的载荷R和试样上某段的伸长量（Lu-Lo）数据。
（有万能材料试验机给出应力-应变曲线）
（2）两个个直接测量量：
试样标距的长度Lo；直径d。
1.2试样标距长度与直径精度：
由于两者为直接测量量，工具为游标卡尺，最高精度为0.02mm。
1.3检测工具：
万能材料试验机WDW-200D。
载荷传感器，0.5级。
引伸计，0.5级。
注1：
应力值并非试验机直接给出，由载荷传感器直接测量施加的载荷值，进而转化成工程应力，0.5级，即精确至载荷传感器满量程的1/500。
注2：
连续测试试样上某段的伸长量由引伸计完成，0.5级，即至引伸计满量程的1/50。
1.4设备介绍：
万能材料试验机WDW-200D。
主要性能指标:
最大试验力：
200kN
试验力准确度：
优于示值的±1%（精密级为±0.5％）
力值测量范围：
最大试验力的0.4％～100％
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%（精密级为±0.5％）
[试验步骤]
（1）用游标卡尺测量试样的初始直径d（在相互垂直的两个方向上测量后取平均值）。
（2）测量试样的标距的初始值Lo，并标识试样标距（划线）。
（3）装卡引伸计至试样的标距内。
（4）将试样安装在试验机的上下头之间。
（5）由计算机控制。
输入必要参数，完成程序调试。
（6）启动测试过程，由计算机记录载荷-伸长数据。
（7）在载荷达到最大值时（出现颈缩）取下引伸计。
（8）加载直至试样断裂，取下试样，继续测量。
（9）用游标卡尺测量试样断后最小直径du和标距长度Lu。
注意：
1.用细墨线分别标记原始标距，标记应准确到士0.5mm。
2.引伸计夹头分离速率尽量保持恒定，且速率保持在6/min，保持直至拉断。
3.断后测量时应尽可能对准断口，使试样保持完整。
4.应测量颈缩最小处相互垂直的两个方向的直径取其平均值。
5.Lu的测量需要至少3组数据，用来计算误差是否在国标范围内。
[试验结果及讨论]
一．原始数据
材料编号
实验前
标距
Lo（mm）
直径d（mm）
最小截面积So
上截面
中截面
下截面
（1）
（2）
平均
（1）
（2）
平均
（1）
（2）
平均
1
50.10
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
2
50.20
10.00
10.00
10.00
10.04
10.00
10.02
10.04
10.00
10.02
3
50.00
10.00
10.02
10.01
9.98
10.00
9.99
9.98
9.98
9.98
表1：
试验前各项测量量
二．试验后数据：
材料编号
试验后
断口处直径du（mm）
断后最小横截面积Su
第一次测量
第二次测量
平均值
1
5.86
5.88
5.87
2
5.42
5.40
5.41
3
5.30
5.30
5.30
表2：
试验后断口处直径测量
材料编号
试验后
断后标距Lu（mm）
方差
S2
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
1
68.74
68.52
68.70
68.68
68.56
2（注1）
3
69.64
69.80
69.64
0.006
表3：
试验后断后标距测量
注1：
断口处在端口，无法测得Lu。
编号
1
2
3
数据
力（N）
变形△L（mm）
力（N）
变形△L（mm）
力（N）
变形△L（mm）
33604
4.3667
44602
1.6029
30361
5.2909
33481
4.0137
43878
1.395
30059
4.128
33295
3.6485
42842
1.1805
29663
3.4789
33016
3.2682
41454
0.969
29354
3.1386
32610
2.8765
39653
0.7641
28953
2.8024
32044
2.4931
39092
0.7105
28440
2.4749
30297
1.781
37954
0.6135
27782
2.1567
28950
1.4408
36528
0.5079
26965
1.8509
27148
1.1137
34538
0.3828
24590
1.26
24705
0.7953
30999
0.2107
22920
0.9783
表4：
均匀塑性变形阶段试样载荷与形变数据
序号
原始标距
规格
最大力非比例伸长率
最大试验力
抗拉强度
mm
mm
%
kN
MPa
1
50
ф10
21.91573
33.737
429.5518
表5：
试样1的应力应变曲线及测试数据
序号
原始标距
规格
最大力非比例伸长率
最大试验力
抗拉强度
规定非比例延伸强度
mm
mm
%
kN
MPa
MPa
2
50
ф10
7.284526
45.182
575.2737
Rp0.2:
378.3168
表6：
试样2的应力应变曲线及测试数据
序号
原始标距
规格
最大力非比例伸长率
最大试验力
抗拉强度
下屈服强度
mm
mm
%
kN
MPa
MPa
3
50
ф9.98
23.28489
30.394
388.5402
227.0213
表7：
试样3的应力应变曲线及测试数据
三．数据处理
1.拉伸前试样初始横截面积：
可以计算得
材料编号
实验前
直径d（mm）
最小截面积So
上截面
中截面
下截面
（1）
（2）
平均
（1）
（2）
平均
（1）
（2）
平均
1
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
10.00
78.540
2
10.00
10.00
10.00
10.04
10.00
10.02
10.04
10.00
10.02
78.540
3
10.00
10.02
10.01
9.98
10.00
9.99
9.98
9.98
9.98
78.226
2.断后颈缩处最小面积：
材料编号
试验后
断口处直径du（mm）
断后最小横截面积Su
第一次测量
第二次测量
平均值
1
5.86
5.88
5.87
27.062
2
5.42
5.40
5.41
22.987
3
5.30
5.30
5.30
22.062
对断面收缩率的计算：
得出试样断面收缩率：
试样1：
65.54%
试样2：
69.64%
试样3：
71.91%
3.断后标距测量的方差：
材料编号
试验后
断后标距Lu（mm）
方差
S2（mm2）
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
1
68.74
68.52
68.70
68.68
68.56
0.0054
2（注1）
3
69.64
69.80
69.64
0.0060
由于
小于0.25，根据国标可知Lu可用，故求出不确定度UcLu：
4.抗拉强度Rm，如表5,6,7所示，由抗拉强度公式：
Rp由0.2%法可得：
序号
原始标距mm
规格mm
最大力非比例伸长率
最大试验力kN
抗拉强度MPa
1
50
ф10
21.91573
33.737
429.5518
2
50
ф10
7.284526
45.182
575.2737
3
50
ф9.98
23.28489
30.394
388.5402
5.屈服强度（规定非比例延伸强度Rp）：
用0.2%法作出平行线，可得：
序号
原始标距mm
规格mm
屈服强度MPa
1
50
ф10
206.1714
2
50
ф10
378.3168
3
50
ф9.98
388.5402
6.Hoolomon公式的拟合：
用于在达到最大载荷即颈缩处发生前的均匀塑性变形阶段，工程应力
，工程应变
真应力S，真应变
之间满足：
由此导出了Hoolomon公式：
K为应变硬化系数，
为应变硬化指数。
现在根据表4的数据进行拟合，先根据公式
，
求出工程应力应变，然后根据上述公式，将工程应力应变根据公式转变为真应力应变后，式子两边同取Ln，进行拟合后，结果如下:
第一组
第二组
第三组
LnS
Lne
LnS
Lne
LnS
Lne
20.00129
-1.99345
20.16332
-3.0761
19.96479
-1.65041
19.97951
-2.0967
20.12227
-3.26944
19.91564
-1.87847
19.95318
-2.21725
20.06993
-3.50302
19.87985
-2.03801
19.92183
-2.35326
20.0536
-3.57471
19.85735
-2.13481
19.83952
-2.67631
20.02028
-3.7196
19.83158
-2.24199
19.78126
-2.88182
19.97785
-3.90642
19.80185
-2.36025
19.70455
-3.13306
19.91691
-4.18673
19.76679
-2.49196
19.59798
-3.46361
19.80201
-4.7804
19.72562
-2.63913
20.00129
-1.99345
20.16332
-3.0761
19.61117
-3.01245
19.97951
-2.0967
20.12227
-3.26944
19.53005
-3.26007
图1：
第一组拟合图
图2：
第二组拟合图
图3：
第三组拟合图
由上述三个图可知：
对于1：
20.53，K=824.262MPa，
=0.263小于1，R2=0.994，有效
对于2：
20.81，K=1090.606MPa，
=0.213小于1，R2=0.999，有效
对于3：
20.43，K=745.823MPa，
=0.270小于1，R2=0.993，有效
所以拟合成功。
7.对于修约的验证：
根据精度要求：
由于
（推导详情见附录）
试样1：
所以Rm=0.0118*429.5518=5.069MPa大于5MPa，不符合修约要求
试样2：
所以Rm=0.0124*575.2737=7.133MPa大于5MPa，不符合修约要求
试样3：
所以Rm=0.0124*388.5402=4.857MPa小于5MPa，符合修约要求
所以综上所述，只有试样3的Rm结果符合规定。
8.结果分析：
试样1，试样2，试样3通过以上7项计算可知：
总体强度试样2
试样1
试样3，从断口也可以看出，试样2的强度大。
并且，根据lnS-lne拟合图的数据可知，应变硬化系数也是试样2
试样1
试样3。
故根据报告开头叙述的热处理特点，我们可以肯定的得出结论：
试样1为正火处理的低碳钢；
试样2为淬火处理的低碳钢；
试样3为退火处理的低碳钢。
四．综合报告开头叙述的热处理特点以及上述计算结果，我们可以肯定的得出结论：
试样1为正火处理的低碳钢；
试样2为淬火处理的低碳钢；
试样3为退火处理的低碳钢。
[参考文献]
1.材料力学试验讲义，2007年1月.
2.中华人民共和国国家标准，关于金属力学性能测试方法的标准，GB/T228-2002.
3.材料力学行为，杨王玥，强文江编，化学工业出版社.
4.金属材料拉伸试验的不确定度评定，凌霄，理化检验-2004年6月第6期
[附录]
精度详细计算推导
1.
2.
3.
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