北京科技大学材料力学性能试验1——低碳钢拉伸试验.

1、北京科技大学 材科1005班XXX材料力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告低碳钢拉伸试验报告XXX北京科技大学 材料科学与工程学院 材科1005班一、试验目的与要求1 .测定低碳钢在退火、正火和回火三种不同热处理状态下的强度与塑性。2 .测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。相关实验任务按照国标 GB/T228-2002要求完成。二、试验内容通过室温拉伸实验测试三种不同热处理状态下的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率，并通过 Hollomon公式计算应变硬化指数和应变硬化系数，测试过程执行 GB/T228-2002。1 .实验材料与试样试验材料：退火低碳钢、正火低碳钢和淬火低碳钢。试验试

2、样：在退火、正火和回火低碳钢 R4标准试样各一个。2 .实验设备与仪器游标卡尺，最高精度为0.02mm划线器，标记准确到土引伸计,标距50mm万能材料试验机WDW-200D 0主要性能指标如下： 最大载荷200KNI 试验力精度优于示值得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：分辨率为 0.001mm 横梁速度范围：0.005mm/min-500mm/min,无级，任意设定 夹具形式：标准楔形拉伸附具、压缩附具、弯曲附具 载荷传感器：0.5级3.试验步骤a）给三个试样编号。b）用游标卡尺测量试

3、样的原始直径 d0II,并检测是否满足R4标准试样公差要求III。c）用划线器标识试样的原始标距 L0。d）装卡引伸计并安装试样。e）调试程序并开始测试IV。I低碳钢回火后的抗拉强度在 600MPa左右，R4标准试样的直径为10mm,估计最大试验力 F=600X 10-6 X兀（10 X 10-3）2=47kN<200kN 故200KN满足实验需要。14II原始直径d0测量方法为：用游标卡尺在等直段上选取试样的两端和中央的三个截面，每一个截面沿互相垂直的两个方向测出直径，取最小直径计算截面积S0oIII按照国标GB/T228-2002规定，R4标准试样的尺寸公差为 此.07mm,形状公差

4、 为 0.04mm。IV按照国标GB/T228-2002规定，材料弹性模量150000N/mm附，应力速度最 小为 6(N/mm2)s-1,最大为 20(N/mm2)s-1北京科技大学 材科1005班XXX材料力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告f)g) h) i) j)当载荷达到最大时取下引伸计 V。继续加载直至试样断裂，取下试样。 用游标 卡尺测量断后最小直径du和断后标距长度LuVI。对其他试样重复上述步骤。处 理实验数据VII三、实验数据1 .试样原始直径测量： 试样编号2 10.043 10.004 9.98表1试样原始直径测量数据试样原始直径d0/mm试样原始截面积S0/mm25 0.

5、02 10.04 10.02 10.02 10.00 78.54 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 78.54 9.98 10.00 10.00 10.00 9.98 78.231其中试样截面积S0=4冗d02由于每个试样的最大与最小直径差不超过0.04mm,故全部试样均满足R4标准试样的公差要求。2.试样断后直径测量：表2试样的断后直径测量数据试样编号 试样断后直径du/mm du平均值/mm最小截面积Su/mm21 5.70 5.70 5.76 5.72 5.72 5.70 5.72 25.672 6.08 6.06 6.06 6.02 6.00 6.06 6.0

6、5 28.723 5.50 5.52 5.54 5.58 5.50 5.53 24.00计算三个试样的断后直径测量误差：1号试样：?du(5.70-5.72)2+(5.70-5.72)2+(5.76-5.72)2+(5.72-5.72)2+(5.72-5.72)2+(5.70-5.72)2=6-1=0.02mm考虑到游标卡尺的测量精度为 0.02mm： ?du=0.03mm?du0.03=0.5%<1% du5.72故测量结果满足国标GB/T228-2002中的要求。V取下引伸计的目的是防止引伸计超出量程而损坏，取下引伸计后应变数据由位 移传感器提供。VIdu与lu测量方法为：将试样仔细

7、拼接在一起，使其轴线处于同一直线上测量 Lu,在颈缩最小的截面上取 相互垂直的方向测量du。VII 按照国标 GB/T228-2002 规定，Rel, Rm 在 200N/mm2-1000 N/mm2范围内时，修约间隔为5 N/mm2, A的修约间隔为0.5%, Z的修约间隔为0.5%。北京科技大学 材科1005班XXX材料力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告2号试样：？du(6.08-6.05)2+(6.06-6.05)2+(6.06-6.05)2+(6.02-6.05)2+(6.00-6.05)2+(6.06-6.05)2= 6-1=0.03mm考虑到游标卡尺的测量精度为 0.02mm： ?d

8、u=V0.03+0.02=0.04mm?du0.04=0.7%<1% du5.53故测量结果满足国标 GB/T228-2002中的要求。3号试样：？du(5.50-5.53)2+(5.52-5.53)2+(5.54-5.53)2+(5.58-5.53)2+(5.50-5.53)25-1=0.03mm考虑到游标卡尺的测量精度为 0.02mm： ?du=V0.03+0.02=0.04m?du0.03=0.5%<1% du5.72故测量结果满足国标 GB/T228-2002中的要求。3.试样断后标距测量：表3试样的断后标距测量数据试样编号试样断后标距Lu/mm1 69.24 69.34

9、69.22 68.24 67.86 68.12 68.16 68.12 3VIII以2号试样计算断后标距测量误差:?Lu68.24 -Lu平均值/mm69.26 68.12 -(68.24-68.12)2+(67.86-68.12)2+(68.12-68.12)2+(68.16-68.12)2+(68.12-68.12)2+(68 .24-68.12)2= ，6-1=0.14mm<0.25mm故测量结果满足国标GB/T228-2002中的要求。4.由试验机直接得到的数据：表4由试验机直接得到的测量数据试样编号1 2 3VIII IX下屈服强度 Rel/Mpa测量数据 修约数据284.8

10、285 279.2 280 353.3 355IX抗拉强度 Rm/Mpa测量数据 修约数据437.4 435 446.9 445 568.0 5703号试样为低碳钢淬火试样，在拉伸过程在试样等直段头部断裂，故无法获得断 后标距数据。3号试样位低碳钢淬火试样，无明显屈服平台，故采用 Rp 0.前屈服强度 北京科技大学 材科1005班XXX材料力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告 四、数据处理1 .屈服强度与抗拉强度屈服强度(下屈服强度)与抗拉强度由试验机直接读出三个试样的屈服强度与抗拉强度数据已经列于表4中。2 .断后伸长率Lu- L0A= L0试样 1: L0=50.0mm, Lu=69.26mm

11、A=试样 2: L0=50.0mm, Lu=68.12mmA=68.12-50.0=36.2% 修约后，A=36.0% 50.069.26-50.0=38.5% 修约后，A=38.5%50.0试样3:无法获得断后标距，故无法计算断后伸长率。3 .断面收缩率Z=试样 1: S0=78.54mm2, Su=25.67mm2Z=78.54-25.67=67.3% 修约后，Z=67.5% 78.54S0-Su S0试样 2: S0=78.54mm2, Su=28.72mm2Z=78.54-28.72=63.4% 修约后，Z=63.5% 78.54试样 3: S0=78.23mm2, Su=24.00m

12、m2Z=78.23-24.00=69.3% 修约后，Z=69.5% 78.234 .应变硬化指数与应变硬化系数真应力：S=(T (1+ £ )真应变：e=/均匀塑性变形服从Hollomon公式：S=KenlnS=lnK+nlne从应力-应变曲线的均匀塑性变形阶段选取部分数据点，求得 lnS和lne, lnS-lne 曲线的斜率就是应变硬化指数 n,截距是lnK,由lnK即可求得应力应变系数 Ko dl(1+ e) =ln 1101北京科技大学 材科1005班XXX材料力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告试样1:根据载荷-变形数据X,计算应力应变数据，做出应力应变曲线(图 1),选取应 变

13、在4.4%13.4%之间的1360组数据(此阶段对应均匀塑性变形阶段)，计算对 应的真应力、真应变，做出lnS-lne曲线，使用origin进行线性拟合，结果如图2 所示。图1试样1拉伸过程的应力应变曲线图2试样1的lnS-lne拟合直线图拟合直线方程为：lnS=0.263lne+6.738,线性相关系数R2=0.9971,由线性拟合结 果可知，应变硬化指数n=0.263,应变硬化系数K=e6.738=857MPa X数据来源为 WDW-200D万能力学试验机所得载荷-变形数据，取下引伸计前变形数据由引伸 计提供，取下引伸计后由位移传感器提供。北京科技大学 材科1005班XXX材料力学性能试验

14、 低碳钢拉伸试验报告试样2:根据载荷-变形数据，计算应力应变数据，做出应力应变曲线（图 3）,选取应变 在4.0%12.0%之间的1288组数据（此阶段对应均匀塑性变形阶段），计算对应 的真应力、真应变，做出lnS-lne曲线，使用origin进行线性拟合，结果如图4所 示。图3试样2拉伸过程的应力应变曲线图4试样2的lnS-lne拟合直线图拟合直线方程为：lnS=0.268lne+6.7709,线性相关系数R2=0.9972,由线性拟合结果可知，应变硬化指数n=0.268, lnK=6.7709,应变硬化系数K=e6.709=872MPa££口北京科技大学 材科1005班

15、XXX材料力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告试样3根据载荷-变形数据，计算应力应变数据，做出应力应变曲线（图 5）,选取应变在0.14%1.35%之间的508组数据（此阶段对应均匀塑性变形阶段），计算对应的真应力、真应变，做出lnS-lne曲线，使用origin进行线性拟合，结果如图6所示。图5试样3拉伸过程的应力应变曲线图6试样3的lnS-lne拟合直线图拟合直线方程为：lnS=0.205lne+7.043,线性相关系数R2=0.9994,由线性拟合结果可知，应变硬化指数 n=0.205, lnK=7.042,应变硬化系数 K=e7.043=1145MPa北京科技大学 材科1005班XXX材料

16、力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告五、误差分析1 .屈服强度ReL=有：?ReL?P?S0?P?d0=+=+2? ReLPS0Pd0试验机的试验力准确度优于 0.5%,故?P< 0.5% P游标卡尺的最小分辨率：?d0=0.02mm所以：?ReL< ReL?(0.5%+2?试样 1: d0=10.00mm, ReL=284.8MPa?ReL< 284.8MPaX (0.5%+2?试样 2: d0=10.00mm, ReL=279.2MPa?ReL< 279.2MPaX (0.5%+2?试样 3: d0=9.98mm, RP0.2=353.3MPa0.02)=3.2MPa

17、9.98可见国标GB/T228-2002中规定屈服强度在 200N/mm21000N/mm2范围内时修约间隔为5N/mm2是合理的。2 .抗拉强度类似于抗弯强度误差分析，实验测量抗拉强度的误差：0.02?Rmi< Rm?(0.5%+2?) d0?Rp0.2 < 353.3MPaX (0.5%+2?试样 1: d0=10.00mm, Rm=437.4MPa?RmC 437.4 义(0.5%+2?试样 2: d0=10.00mm, Rm=446.9.4MPa?RmC 446.9 X (0.5%+2?试样 3: d0=9.98mm, Rm=568.0MPa0.02=5.1MPa 9.98

18、可见国标GB/T228-2002中规定屈服强度在 200N/mm21000N/mm2范围内时修 约间隔为5N/mm2是合理的。?RmC 568.0 乂 (0.5%+2?0.02)=4.0MPa 10.000.02)=3.9MPa 10.000.02=2.5MPa10.000.02=2.6MPa 10.000.02) d0PS0北京科技大学 材科1005班XXX材料力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告3 .断后伸长率A=因此：1+A=行：?A?L0?Lu=+ 1+AL0Lu划线器精度优于1%,故?L0< 1% L0以2号样品测得的6组断后标距的？ Lu为准，1号试样沿用这个值：?Lu=0.14

19、mm试样 1: Lu=69.26, A=38.5%0.14+1%)?(1+38.5%)=1.7% 69.26试样 2: Lu=68.12mm, A=36.2% ?A=(0.14+1%)?(1+36.0%)=1.6% 68.12试样3:无法获得断后标距，故无法计算断后伸长率。国标GB/T228-2002中规定断后伸长率修约间隔为 0.5%,实验中断后伸长率的误 差普遍超过了 0.5%,原因是实验使用的划线器精度是 1%,这样测得的？A一定 大于1%。4 .断面收缩率S0-SuSudu2Z=1-=1-S0S0d0?A=(故：?Z=游标卡尺的精度为0.02mm,故?d0=0.02mm试样 1: du

20、=5.72mm, ?du=0.03mm, d0=10.00mm试样 2： du=6.02mm, ?du=0.04mm, d0=10.00mm2 >6.022 6.022?Z= X0.04+ .02=0.63% 10.00210.003试样 3: du=5.53mm, ?du=0.04mm, d0=9.98mm2 >5.532 5.532?Z= X0.04+ .02=0.57% 9.9829.983国标GB/T228-2002中规定断面收缩率修约间隔为 0.5%,实验所得数据中有两组 超过了 0.5%,可见国标GB/T228-2002中规定似有不合理之处。2dud0?du+2du2d0?d0 LuL0Lu-L0Lu=-1 L0L0北京科技大学 材科1005班XXX材料力学性能试验 低碳钢拉伸试验报告六、实验结论根据屈服强度、抗拉强度、应变硬化系数可以判断三个试样的热处理工艺依次为 退火、正火和淬火