低碳鋼拉伸試驗報告

1、低碳鋼拉伸試驗一、 試驗目的1 測定低碳鋼在退火、正火和淬火三種不同熱處理狀態(tài)下的強度與塑性性能；2 測定低碳鋼的應變硬化指數(shù)和應變硬化系數(shù)。二、試驗原理拉伸試驗是評定金屬材料性能的常用檢測方法，可以測定試樣的強度與塑性性能。試驗過程中用萬能材料試驗機拉伸試樣，直至斷裂；用游標卡尺量測試樣的原始標距（L0）、斷后標距（Lu）、試樣直徑（d0）以及試樣斷裂后縮頸處最小直徑（du），并從計算機中讀出最大拉伸力（Pm）和試樣應變?yōu)?.2時對應的拉力（P0.2）；之后根據(jù)計算公式對試驗數(shù)據(jù)進行處理得出斷后伸長率（A）、斷面收縮率（Z）、抗拉強度（Rm）、非比例延伸強度（RP0.2）等，最后進行誤差分析

2、。運用得出的數(shù)據(jù)，根據(jù)Hollomon公式以及線性擬合計算低碳鋼的應變硬化指數(shù)n和應變硬化系數(shù)k。低碳鋼試樣在拉伸試驗中表現(xiàn)出較為典型的變形-抗力之間的關系，在“力-延伸曲線”中可以看到明顯的四個階段：1. 彈性階段：這一段試樣發(fā)生完全彈性變形，當載荷完全卸除，試樣恢復原樣；2. 屈服階段：這一階段試樣明顯增長，但載荷增量較小并出現(xiàn)上下波動，若略去這種載荷讀數(shù)的微小波動，屈服階段在“力-延伸曲線”上可以用水平線段表示；3. 強化階段：由于材料在塑性變形過程中發(fā)生加工硬化，這一階段試樣在繼續(xù)伸長的過程中，抗力也不斷增加，表現(xiàn)為曲線非比例上升；4. 頸縮階段和斷裂：試樣伸長到一定程度之后，載荷讀數(shù)

3、開始下降，此時可以看到在試樣的某一部位的橫截面面積顯著收縮，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直到試樣被拉斷。試驗一般在室溫1030的溫度范圍內(nèi)進行，若對溫度有嚴格要求，則溫度應控制在23±5范圍內(nèi)。三、試驗設備及材料3.1 試驗材料與試樣3.1.1 試驗材料表1 試驗材料材質熱處理特點低碳鋼退火：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30-50，保溫一段時間后，緩慢而均勻的冷卻降低硬度，使材料便于加工，使鋼晶粒細化，消除應力低碳鋼正火：將鋼加熱到Ac3或Acm以上30-50，保溫后在空氣中冷卻使晶粒細化，各項機械性能均較好低碳鋼淬火：對于亞共析鋼，即低碳鋼和中碳鋼加熱到Ac3以上30-50，在此溫度下保持一段時

4、間，使鋼的組織全部變成奧氏體，然后快速冷卻（水冷或油冷）的過程硬度大，適合對硬度有特殊要求的部件3.1.2 試樣本試驗使用退火低碳鋼、正火低碳鋼、淬火低碳鋼的R4圓形截面比例試樣（GB/T228-2002）各一個。根據(jù)GB/T228-2002規(guī)定，R4試樣的規(guī)格如下表2 R4比例試樣參數(shù)比例系數(shù)k=L0/S0試樣直徑d/mm過度弧半徑r/mm原始標距L0/mm平行長度Lc/mm5.65107.55055尺寸公差/mm±0.07形狀公差/mm0.04圖1 低碳鋼拉伸試驗R4試樣3.2測量工具、儀器、設備1.設備儀器 (1)游標卡尺a.國標GB/T228-2002中要求其分辨率應優(yōu)于0.

5、1mm，準確到±0.25；b.實驗室中游標卡尺的量程為150mm，精確度為0.02毫米。(2)引伸計a.國標GB/T228-2002中規(guī)定測定非比例延伸強度時應使用不劣于1級準確度的引伸計，測定抗拉強度時應使用不劣于2級準確度的引伸計；b.實驗室中使用電子引伸計，型號為YYU，其規(guī)格為25/50，即標距為50.0mm，最大位移為25.0mm；變形量精度為1%。(3)材料試驗機a.國標GB/T228-2002中規(guī)定應使用1級或優(yōu)于1級準確度的材料試驗機。b.實驗室中的萬能材料試驗機的型號是“WDW-200D微機型控制電子式萬能材料試驗機”，其各項參數(shù)為：試驗力準確度：優(yōu)于示值的0.5%

6、；變形測量準確度：在引伸計滿量程的2%100%范圍內(nèi)優(yōu)于示值的1%；橫梁位移測量：分辨率的0.001mm；衡量速度：6mm/min；測力傳感器的精度：0.005。(4)試樣標線器實驗室中的試樣標線器的規(guī)格為：每格10mm，一共10格；標距誤差±1%。四、實驗步驟1.將試樣編號為1、2、3（每根試樣的熱處理信息未知，需由測量分析得出）；2.測量試樣的原始直徑。在試樣粗細均勻范圍內(nèi)的兩端和中間取三個橫截面，在每個橫截面相互垂直的方向上個測量一次，算出三處的直徑平均值，取其中最小的數(shù)據(jù)最為試樣的原始直徑值；3.用試樣標線器標識標距，每根試樣劃4條標距，最兩端兩條相距60mm，中間兩條相距4

7、0mm；4.在萬能材料試驗機上裝卡試樣；5.安裝引伸計，確保引伸計與計算機正確相連并可用；6.進行試驗。通過計算機對試驗機參數(shù)進行設置，之后啟動加載程序，電腦自動記錄“力-延伸曲線”、上下屈服點對應的力、試驗過程中的最大力等各項參數(shù)；在達到最大力之后，取下引伸計，試驗機繼續(xù)加載直至試樣斷裂；停止試驗機；7.取下試樣，將兩段試樣沿斷口對齊，用游標卡尺測量斷后標距，測量6次取算數(shù)平均值；斷口處最小直徑，相互垂直的方向上各測量一次后取算數(shù)平均值；8. 1、2、3號試樣分別進行上述2至7步驟；9. 數(shù)據(jù)處理。五、試驗結果及討論1.原始試驗數(shù)據(jù)對試驗數(shù)據(jù)的有效性進行初步分析，原則上只有斷裂處與最接近的標

8、距標記的距離不小于原始標距的三分之一情況方為有效（GB/T228-2002）。該試驗中，3號試樣斷裂處在試樣的一端，因此3號試樣的斷后標距為無效數(shù)據(jù)。表1 試樣斷前標距和原始直徑試樣編號試樣斷裂前原始標距/L0/mm上部中部下部原始直徑/d0/mm測量值/mm平均值/mm測量值/mm平均值/mm測量值/mm平均值/mm150.010.0010.0410.0210.0010.0010.0010.0610.0410.0510.00250.010.0010.0210.0110.0010.0410.0210.0410.0410.0410.01350.010.0010.0010.0010.0010.00

9、10.0010.0010.0010.0010.00 表2 試樣斷后標距和斷后頸縮處直徑測量組別試樣斷裂后1號試樣2號試樣3號試樣Lu/mmdu/mmLu/mmdu/mmLu/mmdu/mm167.745.7468.526.04數(shù)據(jù)失效6.6425.7068.60數(shù)據(jù)失效35.7268.62數(shù)據(jù)失效45.7468.44數(shù)據(jù)失效55.7468.50數(shù)據(jù)失效65.8068.52數(shù)據(jù)失效平均值Lu=67.74du= 5.74Lu=68.53du=6.04數(shù)據(jù)失效du=6.64表3 試樣1的試驗數(shù)據(jù)序號最大力非比例伸長率/%最大試驗力/KN抗拉強度/MPa下屈服強度/MPa121.0999231.156

10、396.6896245.658圖1 試樣1的應力-應變曲線表4 試樣2的試驗數(shù)據(jù)序號最大力非比例伸長率/%最大試驗力/KN抗拉強度/MPa下屈服強度/MPa221.11734.781441.9601284.089圖2 試樣2的應力-應變曲線表5 試樣3的試驗數(shù)據(jù)序號最大力非比例伸長率/%最大試驗力/KN抗拉強度/MPa規(guī)定非比例延伸強度/MPa31.08501353.411680.0484Rp0.2: 554.5964圖3 試樣3的應力-應變曲線表6 均勻塑性變形階段力-延伸數(shù)據(jù)1號試樣2號試樣3號試樣力/N延伸L /mm力/N延伸L /mm力/N延伸L /mm1216261.56982442

11、81.5264437720.25892225441.6977255451.6582445070.27543235181.9307265491.8600455190.29984245162.2194275132.1034465360.32645255262.5709285172.4061475480.35556265342.9935295192.7673485390.38717275353.5189305233.2108495400.42378285394.2086315283.7727505340.46579295605.2230325414.5440515490.517810306517.2

12、492335745.7540525150.5838選取均勻變形階段試驗數(shù)據(jù)點的時候，采取均勻取點的方式，力值每間隔約1000N取一個點，每個試樣選取10個數(shù)據(jù)點。2.試驗數(shù)據(jù)處理（1）斷后伸長率斷后標距測量準確度SLu=Lui-Lu2n-1=68.52-68.532+68.60-68.532+68.62-68.532+68.44-68.532+68.50-68.532+68.52-68.5326-1 =0.0670.25因此，試驗測量的斷后標距數(shù)據(jù)可用。1號試樣：A=Lu-L0L0×100%=67.74-5050×100%=35.48%斷后標距測量的不確定度A=LuL0-1

13、， 因此， A+1=LuL0，由此可得：A1+A=LuLu+L0L0=SLuLu+L0L0=0.06767.74+0.0150.00=1.19×10-3 A=1+A×1.19×10-3=1.61×10-3=0.16% 由此可以得到，1號試樣斷后伸長率的不確定度為 UA=±A=±0.16%因此，1號試樣的斷后伸長率為 A=35.48%±0.16%2號試樣：A=Lu-L0L0×100%=68.53-5050×100%=37.06%由中計算公式可得：A1+A=LuLu+L0L0=SLuLu+L0L0=0.067

14、68.53+0.0150.00=1.18×10-3 A=1+A×1.18×10-3=1.62×10-3=0.16% 由此可以得到，2號試樣斷后伸長率的不確定度為 UA=±A=±0.16%因此，2號試樣的斷后伸長率為 A=37.06%±0.16%3號試樣：3號試樣的斷后標距數(shù)據(jù)失效，因此無法得到3號試樣的斷后伸長率。（2）斷面收縮率斷后頸縮處最小直徑測量的準確度Sdu=dui-du2n-1=5.74-5.742+5.70-5.742+5.72-5.742+5.74-5.742+5.74-5.742+5.80-5.7426-1=

15、0.0330.06上式中準確度0.06mm來源于GB/T228-2002中規(guī)定，斷后最小橫截面積的測定應準確到±2%，因此可以得到相應的最小直徑的測定應準確到±0.06mm。因此，試樣斷后頸縮處最小直徑數(shù)據(jù)可用。1號試樣：原始面積S0=d024=×（10.04）24=79.17mm2斷后頸縮處最小面積 Su=du24=×（5.74）24=25.88mm2斷面收縮率 Z=S0-SuS0×100%=79.17-25.8879.17×100%=67.31%斷面收縮率的不確定度Z=Zdudu+Zd0d0=2dud02du+2du2d03d0=

16、2×5.7410.042×0.033+2×5.74210.043×0.06=0.77% Z=67.31%±0.77% 2號試樣原始面積 S0=d024=3.14×（10.02）24=78.85mm2斷后頸縮處最小面積 Su=du24=3.14×（6.04）24=28.65mm2斷面收縮率 Z=S0-SuS0×100%=78.85-28.6578.85×100%=63.67%斷面收縮率的不確定度Z=Zdudu+Zd0d0=2dud02du+2du2d03d0=2×6.0410.022×0

17、.033+2×6.04210.023×0.06=0.83% 3號試樣原始面積 S0=d024=3.14×（10.00）24=78.54mm2斷后頸縮處最小面積 Su=du24=3.14×（6.64）24=34.63mm2斷面收縮率 Z=S0-SuS0×100%=78.54-34.6378.54×100%=55.91%斷面收縮率的不確定度Z=Zdudu+Zd0d0=2dud02du+2du2d03d0=2×6.6410.002×0.033+2×6.64210.003×0.06=0.97% （3）屈

18、服強度及抗拉強度4.4.3 進行數(shù)據(jù)處理：a. 斷后伸長率 A=Lu-L0L0×100%，L0、Lu的測量應準確到±0.25mm；b. 斷面收縮率 橫截面原始面積：S0=d024，橫截面斷后縮頸處最小面積：Su=du24斷面收縮率： Z=S0-SuS0×100%=1-du2d02×100%表3 量具或測量裝置的分辨力試樣橫截面尺寸/mm分辨力 不大于/mm2.010.010.00.010.05R4試樣的橫截面直徑為10mm，因此本試驗中量具的分辨力應不大于0.01mm；斷裂后最小橫截面積的測定應準確到±2%c. 規(guī)定非比例延伸強度在“力-延伸曲

19、線”上劃一條與曲線的彈性直線段部分平行，且在延伸軸上與此直線段的距離等效于規(guī)定非比例延伸率0.2%的直線，此平行線與曲線的交截點給出相應于所求規(guī)定非比例延伸強度的力p0.2規(guī)定非比例延伸強度：Rp0.2=p0.2s0d. 抗拉強度對于呈現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，讀取過了屈服階段之后的最大力Pm；對于呈現(xiàn)無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，讀取試驗過程中的最大力Pm抗拉強度：Rm=PmS0e. 應變硬化指數(shù)n和應變硬化系數(shù)K(1) 在前面所繪制的“應力-應變曲線”上均勻變形階段取有代表性的6個點；(2) 根據(jù)工程應力、工程應變和真應力、真應變之間的關系 S=(1+)，e=ln(1+) 得出真應力和真應變；(3) 根據(jù)Hollomon公式S=Ken，兩邊取對數(shù)得lnS=lnK+nlne，將其抽象為Y=nX+b，進行線性擬合，其中Y=lnS，X=lne，b=lnK，經(jīng)過計算得出應變硬化指數(shù)n和應變硬化系數(shù)K。4.4.4 誤差