北科大低碳钢拉伸试验实验报告

1、低碳钢强度及应变硬化指数测定一、实验目的：1、通过拉伸试验来测定低碳钢在退火、正火、淬火的不同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实验测量 工作。三、试验材料与试样 本次试验的三个试样分别为经过退火、正火和淬火三种不同热处理的低碳钢试样。 退火是指将金 属或合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。其 组织晶粒细小均匀，碳化物呈颗粒状，分布均匀。 正火是指将钢件加热到上临界点 AC3 或 Acm 以上 30 50C 或更高的温度，保温到

2、达完全 奥氏体化后，在空气中冷却的热处理工艺。其组织可能是珠光体、贝氏体、马氏体或它们的混合组织，它的晶粒和碳化物细小比退火的晶粒更细小，分布均匀。退火可消除过 共析钢的网状二次碳化物。淬火是指将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、下贝氏体的热处理工艺。其组织可能为片状马氏体、 板状马氏体、片状下贝氏体或它们的混合组织。其组织是细小的马氏体及 少量剩余奥氏体， 不存在先共析铁素体。四、实验测量工具、仪器与设备1 万能试验机 WDW-200 最大试验力 200KN 试验力准确度：优于示值的 0.5%; 变形准确度：在引伸计满量程的

3、2%100% 内优于示值 1%2、引伸计 YYU-12.5/25 标距 25mm 最大位移量 12.5mm, 精度在 2%100%F 内优于示值的 1%3 、游标卡尺量程 200mm ，50 分度，分辨能力 0.02mm 4 、测试标线器标识距离误差为± 1%本次试验的直接测量量有： 游标卡尺用来刻划原始标距、量原始试样截面直径、后颈缩最小处截面的直径和试样断后 标距。五、试验步骤1 试件准备a、 在每个试样原始标距范围内分别测量试样的两端及中央三个截面的直径，且在每一截面取互相垂直的两个方向各测量 一次。b、 沿每个试样平行长度范围内的两端涂色，用划线机刻划原始标距L0=50mm勺

4、两条标记线，在一个试样两端上做两个这样的标距，每个间隔10mm2 ?试验机准备试验机的位移速度调至 6mi n/mm 。3 ?安装试件及引伸计首先取一号试样，将试样安装在引伸计上，试样两端用皮筋固定好，引伸计装好后要调 整指针使之位于刻度零点。4. 测试a、开动试验机。开始时缓慢加载，注意加载的载荷变化和自动绘图的情况明材料发生屈服。继续加载，注意观察试样变化,Su。b、加载过程中，从绘图中观察屈服时的载荷。当载荷出现下降或曲线发生弯折时，说c、屈服阶段后，注意观察曲线，当载荷随试样伸长到达最大出现下降时，取下引伸计特别是颈缩现象。加载至试样被拉断时，停下试验机，卸下试样。5. 按2 4步骤测

5、试其他试样6将试样断裂的局部仔细配接在一起使其轴线处于同一直线上，之后测量。试样断后标距Lu。在颈缩最小处相互垂直方向测量直径，取其算术平均值计算最小横截面面积7. 获得的数据及曲线拷贝下来。8. 整理仪器六、数据处理1、原始数据:原始直径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12平均12平均12平均15010.2010.2210.2110.2410.2210.2310.2010.2010.2081.6725010.0610.0210.0410.0010.0210.0110.0610.0410.0580.0735010.1210.1410.1310.14

6、10.1610.1510.1810.1210.1580.55断后直径材料编试验后号断口处直径du mr平均值断后最小截面积Su第一次测量第二次测量第三次测量第四次测量第五次测量16.046.246.046.066.046.08429.0625.726.006.005.925.805.88827.1435.845.826.005.905.905.89227.25断后长度材料编号试验后断后标距Lu mr平均值第一组第二组第三组第四组第五组169.4469.6269.0669.1069.0869.26268.7468.9068.6668.6469.0068.588360.5060.6060.5660

7、.3060.5860.508屈服强度和拉伸强度：分别取三个试样截面中直径平均值的最小值输入工程应力应变曲线的参数，然后由计算机模拟得到三个试样的工程应力应变曲线附于附表中，并得到各式样的强度性能指标并修约。修约按照国标GB/T8170要求修约，如表所示：性能范围修约间隔Rm ReH、ReL、 Rpw 200MPa1MPa200 ? 1000MPa5MPa> 1000MPa10MPaA0.50%Z0.50%试样1:试样屈服效应明显，得到下屈服强度ReL=278.218MPa 抗拉强度 Rm=438.4124MPa修约得到 ReL=280MPa Rm=440MPa试样2:试样屈服效应不明显，

8、得到非比例延伸强度Rp0.2=243.9097MPa ，抗拉强度Rm=407.3972MPa 修约得到 Rp0.2=230MPa Rm=410MPa试样3:试样屈服效应明显，得到下屈服强度ReL=251.695MPa 抗拉强度 Rm=537.8229MPa修约得到 ReL=250MPa Rm=540MPa 2、塑性性能指标试样1:初断始后截面积 =n X( 10.20/2 ) 2=81.67mm2 = n X( 6.08/2 ) 2=29.06mm2 面积断面收缩率X 100%=64.4%修约得到 Z=64.5%试样 2:修约得到 A=37.0%断后伸长率 X 100%=37.176% 初始截

9、 =n X( 10.01/2 ) 2=80.07mm2 面积断后截面积=n X( 5.88/2 ) 2=27.14mm2断面收缩率X 100%=66.1%修约得到 Z=66.0%试样 3:断后伸长率X 100%=21.016%修约得到 A=21.0%初始截面积断后截面积断面收缩率X 100%=66.2%修约得到 Z=66.0%=n X( 10.13/2 ) 2=80.55mm2=n X( 5.892/2 ) 2=27.25mm23、试样应变硬化指数和系数的测定10 个数据点。由公式在 3 个不同试样应力应变曲线中的均匀塑性变形阶段随机取S= (X (1+ £)再利用 Hollomon

10、 公式 s=ken 得到 InS=lnK+nlne 的关系，然后用计算机将数据按此关系拟 合就可得到相 应的参数。试样一：应力应变曲线 :50 D. 勺丄JI4- 4J乩汕20n 6022. jU亠叮.<J2.50沁00IS L MH* J. JL>sn. 010. 00试样1的原始横截面面积为S0=81.67mm2由上图选择变形量位于4.0%22%范围内的六个 试验点数据, 如下列图：£d /MpaS/MpaeIneInS4342.857356.5710.0392-3.2385.8765.33333368.571407.0590.0516-2.9646.0087.215

11、69394.286422.6740.0695-2.6666.04669.4902414.286453.6020.0907-2.3996.117214.5098432.857495.6640.1310-2.0326.205819.2157440524.4800.1756-1.73946.2624拟合曲线:Ine试样二:应力应变曲线50 Db 了4QD. 3U4DD ?叩15 D. 0Q30 D. QQ26 D.J0200. 30160- 00100. 30so. 00试样2的原始横截面面积为 S0=80.07mm2由上图选择变形量位于3.0%20艇围内的六个试验点数据，如下列图：£d

12、/MpaS/MpaelnelnS3.74332305.714317.1470.0363-3.3155.7596.06417351.429372.5140.0583-2.8435.9209.20856380414.960.0862-2.4516.02812.8021398.571449.5880.1133-2.1776.10816.6203404.286471.3970.1535-1.8736.15520.5134405.714488.8850.1865-1.6796.192拟合曲线试样2R 3Ine由拟合曲线可得到：n=0.264 , InK=6.6579, K=779MPa应力应变曲线试样3

13、的原始横截面面积为 S0=80.55mm2由上图选择变形量位于1%10范围内的六个试验点数据，如下列图：£d /MpaS/MpaeInelnS1.33333396401.1480.0129-4.3495.9942.27451442.286452.3260.0224-3.7966.1143.45098478.286494.7860.0339-3.3836.2044.66667502.286525.6650.0455-3.0896.2656.19608522.857555.2210.06-2.8126.3198.94118538.286586.1930.0853-2.4626.373拟合

14、曲线:试样3lne由拟合曲线可得到：n=0.2088 , InK=6.8871, K=979MPa 。结果与讨论由上述表格知 Re2V Re3v Rp1, Rm2 v RmK Rm3,而 Z3>Z2>Z1 , Rel、Rm 是试样的强A是试样的塑性指标。因而：度指标，Z、试样1是正火低碳钢试样，正火工艺是空冷，冷却速率介于淬火和正火之间，其试样硬 也介于淬火和正火之间。度、强度和塑性试样2是退火低碳钢试样，退火工艺是炉冷，冷却速率最慢，其试样硬度最小，强度最小,塑性最好。强度最高，塑性试样3是淬火低碳钢试样，淬火工艺是水冷或油冷，冷却速率最快，其试样硬度最高, 最差。由上述知：n2

15、>n 1>n3, 得到的结论一致。那么三种钢的应变硬化能力及塑性：试样2>试样1>试样3.这与上面七、误差分析1、强度与塑性性能指标:4Ad o'RTr "Pa0戸汗2R 丁 :. d 0d o而相应的厶 P=0.5% d0=0.02, 试样 1:Lu=0.25cZcZ.-：/ H b"：do -| |.)du创0cdu2du2du-.-：d0 r .-：dudodo L0=0.5 , du=0.02 , Rp0.2=280MPa Rm=440MPa A=38.5% Z=64.5% ，那么： ReL= =1.09 Rm =1.72那么A的绝对

16、误差 A=一=1.88%相对误差 = =4.89%那么Z的绝对误差 Z= =0.372%相对误差 =一 0.577%由于误差都产生较小，故以上修约都可以。试样 2：Rp0.2=230MPa Rm=410MPa A=37.0% Z=66.0%，那么： ReL= =0.91=1.87% Rm =1.63那么A的绝对误差 A= 一相对误差一 =5.05%相对误差一=0.564%那么Z的绝对误差 Z= =0.373%由于误差都产生较小，故以上修约都可以。试样 3：ReL=250MPa Rm=540MP ，A=21.0% Z=66.0% ，那么:=0.98ReL=- Rm =2.13那么A的绝对误差 A=1.71%相对误差一=8.14%那么Z的绝对误差 Z=0.363%相对误差一 =0.551%由于误差都产生较小，故以上修约都可以。2应变硬化指数n和系数K:由于三个试样的曲线拟合拟合度都比拟好， 故产生的误差较小，但分析误差来源有试验机