低碳鋼強(qiáng)度及應(yīng)變硬化指數(shù)的測(cè)定

1、低碳鋼強(qiáng)度及應(yīng)變硬化指數(shù)的測(cè)定前言： 本實(shí)驗(yàn)是測(cè)試?yán)煸囼?yàn)中的各種強(qiáng)度指標(biāo)及塑性指標(biāo)，并利用拉伸曲線 測(cè)定經(jīng)不同熱處理工藝處理（退火、正火和淬火）的低碳鋼屈服極限及應(yīng)變硬 化指數(shù)。關(guān)鍵詞： 強(qiáng)度指標(biāo)，塑性指標(biāo)，屈服極限，應(yīng)變硬化指數(shù)一、不同熱處理工藝處理的實(shí)驗(yàn)低碳鋼樣品概述1 、 實(shí)驗(yàn)試樣的處理工藝本次試驗(yàn)的三個(gè)試樣分別為經(jīng)過(guò)退火、 正火和淬火三種不同熱處理的低 碳鋼試樣。退火是指將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻 的熱處理工藝。其組織晶粒細(xì)小均勻，碳化物呈顆粒狀，分布均勻。正火是指將鋼件加熱到上臨界點(diǎn)（Ac3或A）以上30 50C或更高的溫度, 保溫達(dá)到完全奧氏體化后，在

2、空氣中冷卻的熱處理工藝。其組織可能是珠光 體、貝氏體、馬氏體或它們的混合組織,它的晶粒和碳化物細(xì)?。ū韧嘶鸬?晶粒更細(xì)?。?分布均勻。退火可消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀二次碳化物。淬火是指將鋼件加熱到奧氏體化溫度并保持一定時(shí)間, 然后以大于臨界 冷卻速度冷卻,以獲得非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變組織,如馬氏體、下貝氏體的熱處理工 藝。其組織可能為片狀馬氏體、板狀馬氏體、片狀下貝氏體或它們的混合組 織。其組織是細(xì)小的馬氏體及少量殘余奧氏體,不存在先共析鐵素體。2、試樣的基本參數(shù)試樣要進(jìn)行機(jī)加工。平行長(zhǎng)度和夾持頭部之間應(yīng)以過(guò)渡弧連接,試樣頭 部形狀應(yīng)適合于試驗(yàn)機(jī)夾頭的夾持。 夾持端和平行長(zhǎng)度之間的過(guò)渡弧的半徑 應(yīng)為：0.75

3、d即7.5mm本次試樣直徑是10 mm原始標(biāo)距為50mm平行長(zhǎng)度Le> 55mm試樣的精度要求包括：直徑的尺寸公差為土 0.07mm形狀公差即沿試樣 的平行長(zhǎng)度的最大直徑與最小直徑之差不應(yīng)超過(guò) 0.04mm。二、實(shí)驗(yàn)儀器及其參數(shù)概述1 、 實(shí)驗(yàn)量工具、儀器與設(shè)備有：五十分度游標(biāo)卡尺（0.02mm,20cm）、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、引伸計(jì)。2、 本次試驗(yàn)的直接測(cè)量量有：游標(biāo)卡尺用來(lái)刻劃原始標(biāo)距，量原始試樣截面直徑、后頸縮最小處截面 的直徑和試樣斷后標(biāo)距。 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的載荷傳感器用來(lái)測(cè)量拉伸過(guò)程試樣所受到的軸向載荷。 引伸計(jì)用來(lái)測(cè)量試樣在拉伸過(guò)程中的微小伸長(zhǎng)量。電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的參數(shù)如下所示:最

4、大試驗(yàn)力：200KN(大于47.1 KN)試驗(yàn)力準(zhǔn)確度：優(yōu)于示值的0.5%力值測(cè)量范圍：最大試驗(yàn)力的 0.4%-100%變形測(cè)量準(zhǔn)確度：在引伸計(jì)滿量程的2%-100%g圍內(nèi)優(yōu)于示值的1%橫梁位移測(cè)量：分辨率的0.001mm衡量速度范圍：0.005mm/mi n-500mm/mi n三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1、給三個(gè)試樣編號(hào)，在每個(gè)試樣原始標(biāo)距范圍內(nèi)分別測(cè)量試樣的兩端及中央三個(gè)截面的直徑，且在每一截面取互相垂直的兩個(gè)方向各測(cè)量一次，得到數(shù)據(jù)后看數(shù)據(jù)是否符合公差要求，若符合則計(jì)算各截面的平均值，取其中最小者作為 計(jì)算直徑d。，再算出試樣的初始橫截面面積 S02、沿每個(gè)試樣平行長(zhǎng)度范圍內(nèi)的兩端涂色， 用劃線機(jī)刻

5、劃原始標(biāo)距Lc=50mm的兩條標(biāo)記線，在一個(gè)試樣兩端上做三個(gè)這樣的標(biāo)距，每個(gè)間隔10mm3、安裝試件及引伸計(jì)4、測(cè)試 開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)。開(kāi)始時(shí)緩慢加載，注意加載的載荷變化和自動(dòng)繪圖的情況。 加載過(guò)程中，從繪圖中觀察屈服時(shí)的載荷。當(dāng)載荷出現(xiàn)下降或曲線發(fā)生彎 折時(shí)，說(shuō)明材料發(fā)生屈服。 屈服階段后，注意觀察曲線，當(dāng)載荷隨試樣伸長(zhǎng)達(dá)到最大出現(xiàn)下降時(shí)， 取 下引伸計(jì)。繼續(xù)加載，注意觀察試樣變化，特別是頸縮現(xiàn)象。加載至試樣被拉斷時(shí)，停下試驗(yàn)機(jī)，卸下試樣。5、按24步驟測(cè)試其他試樣6、將試樣斷裂的部分仔細(xì)配接在一起使其軸線處于同一直線上，之后測(cè) 量。試樣斷后標(biāo)距Lu在頸縮最小處相互垂直方向測(cè)量直徑，取其算術(shù)平均

6、值計(jì)算最小橫截面面積S，得到數(shù)據(jù)后看數(shù)據(jù)是否符合公差要求7、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理1、實(shí)驗(yàn)斷前與斷后原始數(shù)據(jù)的記錄表1，表2，表3分別是實(shí)驗(yàn)的直接測(cè)量量原始數(shù)據(jù)，如下所示:表1原始直徑g編號(hào)測(cè)量值(mr)i平均值(mm)110.2010.2410.2010.2210.2210.2010.21210.0010.2010.2010.1010.20P 10.2010.15310.1210.1410.1810.1410.1610.1210.14表2斷后直徑血編號(hào)測(cè)量值(mmr平均值16.046.246.046.066.046.082 d5.726.006.005.925.80P 5.8935

7、.845.826.005.905.905.89表3斷后標(biāo)距Lu編號(hào)測(cè)試值(mm)平均值|標(biāo)準(zhǔn)差169.4469.6269.0669.1069.0869.260.2550268.7468.90P 68.6668.6469.0068.790.1566360.5060.6060.5660.3060.5860.510.12212、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 原始橫截面積由表1原始數(shù)據(jù)可以算出：Sai = X 3.14 X (10.21)z = 81.83ntmz晁 W X 314 X (1M5)2= 80.87m2iS(j3 = -X3.14 X (10.14 2 = 8O.71m?n2 斷后最小橫截面積由表2原始

8、數(shù)據(jù)可以看出：1 1S 辺二=-X 3.142 X(6.082 = 29.0 mm21 , 1 “ “Su2 = 一戀d伍=-X 3.142 X (5.89)2 =茁 3441 , 1 “ “5泊-一?rd£ = - X 3442 X (S.89)2 - 27.3 mm244 斷面收縮率ZSo QZ100%So所以由和可得:81.83 一 29.080.87 一 27.380.71 - 27.3根據(jù)修約標(biāo)準(zhǔn)則修約后得?!= 64.5 66.0 66.0 % 斷后伸長(zhǎng)率ALu LoA100%Lo所以由表3可得:6926 - 50.0X 100% = 385%50.06879 一 50.

9、0X 100% = 37.6% S0.060.51 一 50.0根據(jù)修約標(biāo)準(zhǔn)則修約后得冊(cè)二 38.5% A2 二 37.5% 為二 21.0%3、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算公式為："-.而由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中可各個(gè)試樣的屈服強(qiáng)度為：= 278218 MPaR越=243.9097 MPa &盟=25L695 MPa則由此可各個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度為：Rml 二 438124 MPa Rm2 = 407.3972 aflm3 二 537.8229 Jtf Pa則修約后的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度以及原始數(shù)據(jù)表示在下表上:表4屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試樣編 號(hào)規(guī)格取大力非 比例伸長(zhǎng)率最大試 驗(yàn)力抗拉強(qiáng)度

10、修約后 的抗拉 強(qiáng)度下屈服強(qiáng) 度修約后 的屈服 強(qiáng)度單位mm%kN 丁MPaMPaMPaMPa1巾 10.221.3540635.824438.4124440278.2182802巾10.0121.2254632.061407.3972410243.90972453巾10.139.37277243.346537.8229540251.6952504、應(yīng)變硬化指數(shù)和系數(shù)的計(jì)算 其中計(jì)算公式為：工程應(yīng)變：-.11-:P工程應(yīng)力：真應(yīng)變：e 二真應(yīng)力：S = u(l+£)對(duì)In(e)-ln(S)圖斜率則為應(yīng)變硬化曲線指數(shù) n，應(yīng)變硬化系數(shù)K=exp (截距)通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，各個(gè)試樣的拉伸曲線

11、為：試樣1:MPa39. 90g an麗.00450 004CICL 00 自導(dǎo)000 30CJa 00 2岳CL 00 2CiCi 00150a 00100 0050. 000a 00數(shù)據(jù)點(diǎn)E/%a/MPaS/MPae/%Intf葉12.82337.25346.772.78-3.585.8523.76368.77382.653.70-3.305.9535.25403.44424.645.12-2.976.0546.75428.65457.576.53-2.736.1358.71449.14488.248.35-2.486.19610.67461.75511.0010.14-2.296.247

12、13.41472.78536.1912.59-2.076.28815.84479.08554.9814.71-1.926.32918.04480.66567.3716.58-1.806.344.40氏907b 6022, 26.4035, 2Q圖1試樣l的I唯卜In圖= 0.274x+ 6.8538R1 = 0.9914-lnAS線性(In吧)<n(e)所以，-：V :-.-r" -947.5試樣2:50. 00a ooMPa45Ci 00迪00迪.0030CJa 0D2弓CL 0020CL 00ISO00100 000, w4.203.40L2.60802L, OQ 25P

13、2Q 55,4033P 6Q37, SO42r 00數(shù)據(jù)點(diǎn)a/MPaS/MPae/%tafT12.77280.80288.582.73-3.605.6623.14290.83299.983.10-3.485.7034.19316.62329.894.11-3.195.8044.87329.51345.554.75-3.055.8556.29352.44374.606.10-2.805.9367.49365.33392.687.22-2.635.9779.06378.22412.498.67-2.456.02811.23389.69433.4510.64-2.246.07912.88396.85

14、447.9512.11-2.116.10所以帥川測(cè)眷洌儷50.5試樣3:MPa數(shù)據(jù)點(diǎn)E/%ff/MPaS/MPae/%In*皿11.22388.54393.261.21-4.425.9721.53405.73411.941.52-4.196.0232.04429.80438.562.02-3.906.0842.63452.15464.032.59-3.656.1453.10467.62482.113.05-3.496.1864.04489.97509.763.96-3.236.2375.10508.88534.834.97-3.006.2886.16520.92552.995.97-2.826

15、.3297.06529.51566.896.82-2.696.34圖3試樣3的ln(e)-ln圖=0.2143X+ 6.9214=0.9592* lnA5線性（125所以n3=0.2143 百=郵14-1013.7五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論1、由上述對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析可以得出：二-一二 - 一1一，J ,世;飛 X £而從上述數(shù)據(jù)可以看出，試樣1為正火工藝處理得低碳鋼試樣，正火工藝是在室溫下進(jìn)行冷卻，冷卻速度大于淬火速度，小于退火冷卻速度，而 3號(hào)試樣的抗拉強(qiáng)度很顯然大于1 號(hào)試樣，而2號(hào)試樣也是最低的，而1號(hào)試樣和3號(hào)試樣的屈服強(qiáng)度也相接近， 在誤差允許范圍內(nèi)，可以認(rèn)為試樣1的強(qiáng)度、硬度和塑性都介

16、于淬火與退火之間。 其試樣的強(qiáng)度、硬度和塑性都介于淬火和退火之間。試樣2為退火工藝處理的低碳鋼試樣，由于退火工藝是在爐中冷卻，冷卻速度在三者中最慢，其試樣硬度、強(qiáng)度最低，塑性最好。試樣3為淬火工藝處理的低碳鋼試樣，淬火工藝通過(guò)水冷或油冷，冷卻速 度在三者之中最大，而在誤差允許范圍內(nèi)，可認(rèn)為其在三者之中的硬度、強(qiáng)度最 高，塑性最差。六、誤差分析1、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中的誤差2、實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的偏差 斷后直徑的誤差其相對(duì)誤差為0.08766.08X 100% = 1,440%A4 0.1245* =X 100% = 2.113% 5.89uL0,0701¥ =X 100% = 1.190% du

17、 5.89mL 斷面收縮率的誤差斷面收縮率的誤差計(jì)算公式為:而二I即為游標(biāo)卡尺的最小精度范圍，即-則可知誤差分別為:(1021)3(1021)22 X 5-892 島2%2 X (5.89)磚嚴(yán)搐心麗72du. 2 X (5.89)2Ad 師 +詢(xún)=X 002 +03 爲(wèi) 3(10.14)3(10.14)2X 0.02 + X 0.1245 = U% (10.15 尸2 X 5.89X 0.0701 = 0.9%斷后延伸率誤差的計(jì)算公式為gl +呻豈)斷后延伸率的誤差則可以得如下各組數(shù)據(jù)的誤差為:訴+"+鵲= 1.9%0.01+ + ) = (l + 0210)(0M+ 臺(tái)曲01221)=L5% 強(qiáng)度的誤差強(qiáng)度誤差公式為：'-'-=278.2 X(0.005 + " % 10.21A" = R迪(評(píng)+所以得各個(gè)試樣的強(qiáng)度誤