低碳钢拉伸试验报告.docx

1、低碳钢拉伸试验报告低碳钢拉伸试验报告一试验目的1.通过拉伸试验测定低碳钢在不同的热处理状态下的强度和塑性性能。2.根据应力应变曲线，确定塑性变形阶段的应变硬化指数和系数。二试验材料、试样、以及设备仪器2.1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。2.2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。其热处理状态及组织性能特点简述如表一:表一：三种热处理方式的低碳钢试样材料及特点处理方式热处理特点退火将钢加热到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。退火可以降低硬度，使材料便于切削加工，并使钢的

2、晶粒细化，消除应力。正火将钢加热到Ac3或Accm以上30-50，保温后在空气中冷却称为正火。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。淬火对于亚共析钢，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。硬度大，适合对硬度有特殊要求的部件。2.3试验试样采用标准的R4比例试样其参数如表二：表二：R4比例试样标准比例系数k=L0/S0试样直径d/mm过度弧半径r/mm原始标距L0/mm平行长度Lc/mm5.65107.55055尺寸公差/mm0.07形状公差/mm0.04

3、2.4试验设备与仪器2.4.1游标卡尺国标GB/T228-2002中要求其分辨率应优于0.05mm，准确到0.25mm，试验中用的卡尺精确度为0.02mm。游标卡尺用来测量试样的原始标距（L0）、断后标距（Lu）、试样直径（d）以及试样断裂后缩颈处最小直径（du）。2.4.2引伸计国标GB/T228-2002中规定测定非比例延伸强度时应使用不劣于1级准确度的引伸计，测定抗拉强度时应使用不劣于2级准确度的引伸计；实验室中使用电子引伸计YYU-25/50，即标距为50mm，最大位移为25mm.2.4.3材料试验机国标GB/T228-2002中规定应使用1级或优于1级准确度的材料试验机。实验室中的万

4、能材料试验机的型号是“WDW-200D微机型控制电子式万能材料试验机”，其各项参数为：最大试验力：200KN；试验力准确度：优于示值的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%；横梁位移测量：分辨率的0.001mm；衡量速度范围：0.005mm/min500mm/min；载荷传感器的精度：0.5级.2.4.4试样标线器实验室中的试样标线器的规格为：每格10mm，一共10格；标距误差1%.三实验步骤3.1将试样进行编号，用游标卡尺测量试样的初始直径d（分别测量上中下三个部位，在相互垂直的两个方向上测量后取平均值）.3.2

5、装卡好试样，用试样标线器在是试样上标线.(分别在10mm,20mm,50mm,60mm处标记划线)3.3装卡引伸计至试样的标距内(50mm).3.4将试样安装在试验机的上下头之间.3.5在计算机中调用程序，输入初始参数值，设定载荷速度6mm/min.3.6启动测试过程，由计算机记录载荷-伸长数据.3.7在载荷达到最大值时（出现颈缩）取下引伸计.3.8继续加载直至试样断裂，停止试验，取下试样.3.9用游标卡尺测量试样断后最小直径du和标距长度Lu，断后测量时尽可能对准断口，使试样保持完整， 量颈缩最小处相互垂直的两个方向的直径取其平均值(依据国标标准，验证误差在测量范围内).四结果与讨论4.1试

6、验前初始数据表三：实验前初始截面直径d0测量以及初始截面积计算试样标号原始标距L0/mm试样初始截面直径d0/mm试样原始截面面积S0/mm2上端测量中间测量下端测量第一次第二次平均值第一次第二次平均值第一次第二次平均值15010.1010.0810.0910.0610.0610.0610.0810.1010.0979.485210.0610.0810.0710.0810.0610.0710.0410.0610.0579.32739.949.949.949.949.949.949.949.969.9577.600由国标中关于R4试样尺寸公差规定知，所测量数据符合标准。4.2试验后数据表四：试验

7、后标距Lu的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第六组159.6859.4259.3859.4259.4259.420.112mm2269.2469.20369.8469.68表五：试验后端面直径du的测量材料编号试验后断口处最小直径du /mm断后最小横截面积Su第一组第二组第三组第四组第五组第六组16.106.0829.12926.106.086.106.086.086.1029.12935.845.8026.421 4.3抗拉强度Rm，规定非比例延伸强度Rp0.2:的计算输入S0后，计算机直接算出了Rm以及Rp0.2,以及其他一些参量，其数值分别如

8、下：表六：由计算机直接计算得出的一些性能参数试样编号原始标距/mm规格/mm最大力非比例伸长率/%最大试验力/KN抗拉强度Rm/MPa规定非比例延伸强度Rp0.2: /MPa15010.068.03984449.331620.6304399.77225010.0520.997735.133442.8863277.7863509.9421.4571331.635407.6657243.7232抗拉强度Rm和规定非比例延伸强度Rp0.2:, ，则有绝对误差为,相对误差为 （测力传感器的精度为0.5%），由于计算S0时取得是某部位平均值最小值，所以其直径的不确定度就是卡尺的示值误差为Ud=0.02m

9、m，由 .所以对三个试样计算如下：试样一：试样二：试样三：同样对三个试样计算如下：试样一：试样二：试样三：三个试样的应力应变曲线分别如下：4.4对断面收缩率Z的计算表七：拉伸前后的试样横截面积试样编号拉伸前初始横截面积：/mm2断后颈缩处最小面积：/mm2179.48529.129279.32729.129377.60026.4214.4.1分别根据公式 和 计算出数据，由计算得到各个试样端面收缩率如下试样一：试样二：试样三：4.4.2误差处理，计算断后颈缩处最小面积时，由2号试样的六组数根据方差公式得出：，进而解得，由国标规定推倒在1%以内时，加之认为操作，卡尺示值误差等各项因素综合，这里取

10、，由于三组实验数据操作相同，所以三个试样的S0和Su的误差均可以由上述原则和数据.4.4.3不确定度分析：,所以,由上述分析可以得到各试样的不确定度：试样一：试样二：试样三：=0.8180%4.5断后伸长率，计算结果如下表：表八：断后标距及方差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第六组平均值159.6859.4259.3859.4259.4259.4259.460.012227mm2269.2469.2069.22369.8469.6869.76根据计算得到三个试样的断后伸长率如下：试样一：试样二：试样三：误差分析：由试样一的六组数据根据方差公式计算得方差：

11、所以，由上述求Z的过程可知，其应用同样适合求A，而的精度由划线器决定，为1%.A的不确定度 计算三个试样的不确定度如下：试样一：试样二：试样三：4.6应变硬化指数和系数的确定Hollomon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 e之间满足： 由此导出了Hollomon公式： ，K为应变硬化系数，n为应变硬化指数。根据公式 ，求出工程应力应变，然后根据上述公式，将工程应力应变转变为真应力应变，式子两边同取对数ln，得到 .结合试验中的应力应变曲线图确定各个试样的均匀塑性变形阶段，并取得一些实验数据以及相应的计算结果如下：用origi

12、n分别对组数据的lns和lne作图，其结果如下由作图结果可知：三个试样的lnslne拟合方程式如下：试样一：lns=0.19562lne+20.8458，R2=0.99357，lnK=20.8458,K=1130.35MPa,n=0.19562试样二：lns=0.25125lne+20.5325，R2=0.99428, lnK=20.5325,K=826.33MPa,n=0.25125试样三：lns=0.2602lne+20.4633，R2=0.99403lnK=20.4633,K=771.08MPa,n=0.26024.7相关性能的修约根据国标GB/T228-2002规定，对相应的指标进行修

13、约，先列表如下：表九 强度、塑性指标的计算结果记录表试样标号规定非比例延伸强度Rp0.2: /MPa抗拉强度Rm/MPa断面收缩率Z/%断后伸长率A/%修约前修约后修约前修约后修约前修约后修约前修约后1399.7723.5884005620.63045.571620563.350.878763.51.018.921.41419.01.52277.7862.4952805442.88633.977445563.280.880663.51.038.441.609238.51.53243.72322.1992455407.66573.679410565.950.818066.01.039.521.6

14、2039.51.5五结论通过比较三个试样的抗拉强度Rm1Rm2Rm3 , 且断后收缩率A1A2A3, 以及三者的应力应变曲线图像可以看出，三个试样的强度逐渐减弱，塑性逐渐增强，结合三者热处理性能特点，可以推断1、2、3三个试样分别是淬火低碳钢，正火低碳钢以及退火低碳钢。由Hollomon公式拟合作图也可以看出：1、2、3三个试样K值一次减小，正是淬火，正火和退火的顺序，而且其应变硬化指数n值也相应增大，代表了塑性变形过程的最大均匀真应变大小。参考文献【1】吴平大学物理实验教程【M】.北京：机械工业出版社，2005:.09：7-11【2】GB/T228-2002，金属材料室温拉伸试验方法S北京：

15、中国标准出版社，2002【3】杨王玥，强文江等. 材料力学行为【M】 北京：化学工业出版社，2009.09：4259【4】凌霄. 金属材料拉伸试验的不确定度评定A 上海材料研究所检测中 , 2004附录i.性能测试结果的修约试验测试的性能结果数值应按照相关产品的标准的要求进行修约。方法参照GB/T 8170表十: 性能测试结果的修约性能范围修约间隔Rm,RP0.2200N/mm2200N/mm21000N/mm21000N/mm21 N/mm25 N/mm210 N/mm2A0.5%Z0.5%ii.原始横截面积（S0）的测定应根据测量的原始试样尺寸计算原始横截面积，测量每个尺寸应准确到0.5%.并至少保留4位有效数字，对于圆形横截面试样，应在标距的两端及中间三处两个相互垂直的方向测量直径，取其算术平均值，取用三处测得的最小横截面积.iii.原始标距（L0）的标记应用小标记、细划线或细墨线标记原始标距，但不得用引起过早断裂的缺口作标记。对 于比例试样，应将原始标距的计算值修约至最接近 5mm的倍数，中间数值向较大一方修约。原始标距的标记应准确到土1%。如平行长度(L)比原始标距长许多，例如不经机加工的试样，可以标记一系列套叠的原始标距。有时，可以在试样表面划一条平行于试样纵轴的线，并在此线上标记原始标距。