北京科技大學(xué)材料力學(xué)性能試驗(yàn)1-低碳鋼拉伸試驗(yàn)

1、北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告XXX北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材科1005班一、試驗(yàn)?zāi)康呐c要求測(cè)定低碳鋼在退火、正火和回火三種不同熱處理狀態(tài)下的強(qiáng)度與塑性。測(cè)定低碳鋼的應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)任務(wù)按照國(guó)標(biāo)GB/T228-2002要求完成。二、試驗(yàn)內(nèi)容通過室溫拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試三種不同熱處理狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率，并通過Hollomon公式計(jì)算應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)，測(cè)試過程執(zhí)行GB/T228-2002。實(shí)驗(yàn)材料與試樣試驗(yàn)材料：退火低碳鋼、正火低碳鋼和淬火低碳鋼。試驗(yàn)試樣：在退火、正火和回火低碳鋼R4

2、標(biāo)準(zhǔn)試樣各一個(gè)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器游標(biāo)卡尺，最高精度為0.02mm劃線器，標(biāo)記準(zhǔn)確到1%引伸計(jì)，標(biāo)距50mm萬能材料試驗(yàn)機(jī)WDW-200D。主要性能指標(biāo)如下：最大載荷200KNI試驗(yàn)力精度優(yōu)于示值得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%范圍內(nèi)優(yōu)于示值的1%橫梁位移測(cè)量：分辨率為0.001mm橫梁速度范圍：0.005mm/min-500mm/min，無級(jí)，任意設(shè)定夾具形式：標(biāo)準(zhǔn)楔形拉伸附具、壓縮附具、彎曲附具載荷傳感器：0.5級(jí)試驗(yàn)步驟a）給三個(gè)試樣編號(hào)。b）用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣的原始直徑d0II,并檢測(cè)是否滿足R4標(biāo)準(zhǔn)試樣公差要求III。c

3、）用劃線器標(biāo)識(shí)試樣的原始標(biāo)距L0。d）裝卡引伸計(jì)并安裝試樣。e）調(diào)試程序并開始測(cè)試IV。I低碳鋼回火后的抗拉強(qiáng)度在600MPa左右，R4標(biāo)準(zhǔn)試樣的直徑為10mm，估計(jì)最大試驗(yàn)力F=600 xl06xn（10 xl03）2=47kN200kN故200KN滿足實(shí)驗(yàn)需要。1411原始直徑d0測(cè)量方法為：用游標(biāo)卡尺在等直段上選取試樣的兩端和中央的三個(gè)截面，每一個(gè)截面沿互相垂直的兩個(gè)方向測(cè)出直徑，取最小直徑計(jì)算截面積SO。III按照國(guó)標(biāo)GB/T228-2002規(guī)定，R4標(biāo)準(zhǔn)試樣的尺寸公差為土0.07mm，形狀公差為0.04mm。IV按照國(guó)標(biāo)GB/T228-2002規(guī)定，材料彈性模量150000N/mm2

4、時(shí)，應(yīng)力速度最小為6(N/mm2)s-1，最大為20(N/mm2)s-1北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告f)g)h)i)j)當(dāng)載荷達(dá)到最大時(shí)取下引伸計(jì)V。繼續(xù)加載直至試樣斷裂，取下試樣。用游標(biāo)卡尺測(cè)量斷后最小直徑du和斷后標(biāo)距長(zhǎng)度LuVI。對(duì)其他試樣重復(fù)上述步驟。處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)VII三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)試樣原始直徑測(cè)量：試樣編號(hào)10.0410.0039.98表1試樣原始直徑測(cè)量數(shù)據(jù)試樣原始直徑d0/mm試樣原始截面積S0/mm210.0210.0410.0210.0210.0078.5410.0010.0010.0010.0010.0078.549.9810.0010.

5、0010.009.9878.231其中試樣截面積S0=4nd02由于每個(gè)試樣的最大與最小直徑差不超過0.04mm，故全部試樣均滿足R4標(biāo)準(zhǔn)試樣的公差要求。試樣斷后直徑測(cè)量：表2試樣的斷后直徑測(cè)量數(shù)據(jù)試樣編號(hào)試樣斷后直徑du/mmdu平均值/mm最小截面積Su/mm25.705.705.765.725.725.705.7225.676.086.066.066.026.006.066.0528.725.505.525.545.585.505.5324.00計(jì)算三個(gè)試樣的斷后直徑測(cè)量誤差：1號(hào)試樣：Adu(5.705.72)2+(5.705.72)2+(5.765.72)2+(5.725.72)2+

6、(5.725.72)2+(5.705.72)2=61=0.02mm考慮到游標(biāo)卡尺的測(cè)量精度為0.02mm：Adu=0.03mmAdu0.03=0.5%vl%du5.72故測(cè)量結(jié)果滿足國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中的要求。V取下引伸計(jì)的目的是防止引伸計(jì)超出量程而損壞，取下引伸計(jì)后應(yīng)變數(shù)據(jù)由位移傳感器提供。VIdu與lu測(cè)量方法為：將試樣仔細(xì)拼接在一起，使其軸線處于同一直線上測(cè)量Lu，在頸縮最小的截面上取相互垂直的方向測(cè)量du。VII按照國(guó)標(biāo)GB/T228-2002規(guī)定，Rel,Rm在200N/mm2-1000N/mm2范圍內(nèi)時(shí)，修約間隔為5N/mm2,A的修約間隔為0.5%,Z的修約間隔為0.5

7、%。北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告2號(hào)試樣：Adu(6.086.05)2+(6.066.05)2+(6.066.05)2+(6.026.05)2+(6.006.05)2+(6.066.05)2=61=0.03mm考慮到游標(biāo)卡尺的測(cè)量精度為0.02mm：Adu=0.03+0.02=0.04mmAdu0.04=0.7%1%du5.53故測(cè)量結(jié)果滿足國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中的要求。3號(hào)試樣：Adu(5.505.53)2+(5.525.53)2+(5.545.53)2+(5.585.53)2+(5.505.53)2=51=0.03mm考慮到游標(biāo)卡尺的測(cè)量精度為

8、0.02mm：Adu=0.03+0.02=0.04mAdu0.03=0.5%1%du5.72故測(cè)量結(jié)果滿足國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中的要求。試樣斷后標(biāo)距測(cè)量：表3試樣的斷后標(biāo)距測(cè)量數(shù)據(jù)試樣編號(hào)試樣斷后標(biāo)距Lu/mm69.2469.3469.268.2467.8668.1268.1668.123VIII以2號(hào)試樣計(jì)算斷后標(biāo)距測(cè)量誤差：ALu68.24-Lu平均值/mm69.2668.12-(68.2468.12)2+(67.8668.12)2+(68.12-68.12)2+(68.1668.12)2+(68.12-68.12)2+(68.2468.12)2=6l=0.14mm0.25mm故測(cè)

9、量結(jié)果滿足國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中的要求。由試驗(yàn)機(jī)直接得到的數(shù)據(jù)：表4由試驗(yàn)機(jī)直接得到的測(cè)量數(shù)據(jù)試樣編號(hào)123VIIIIX下屈服強(qiáng)度Rel/Mpa測(cè)量數(shù)據(jù)修約數(shù)據(jù)284.8285279.2280353.3355IX抗拉強(qiáng)度Rm/Mpa測(cè)量數(shù)據(jù)修約數(shù)據(jù)437.4435446.9445568.05703號(hào)試樣為低碳鋼淬火試樣，在拉伸過程在試樣等直段頭部斷裂，故無法獲得斷后標(biāo)距數(shù)據(jù)。3號(hào)試樣位低碳鋼淬火試樣，無明顯屈服平臺(tái)，故采用Rp0.2位屈服強(qiáng)度北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告四、數(shù)據(jù)處理屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度(下屈服強(qiáng)度)與抗拉強(qiáng)度由試驗(yàn)機(jī)直接讀出三

10、個(gè)試樣的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)已經(jīng)列于表4中。斷后伸長(zhǎng)率LuL0A=L0試樣1：L0=50.0mm，Lu=69.26mmA=試樣2：L0=50.0mm，Lu=68.12mmA=68.1250.0=36.2%修約后，A=36.0%50.069.2650.0=38.5%修約后，A=38.5%50.0試樣3：無法獲得斷后標(biāo)距，故無法計(jì)算斷后伸長(zhǎng)率。斷面收縮率Z=試樣1：S0=78.54mm2,Su=25.67mm2Z=78.5425.67=67.3%修約后，Z=67.5%78.54S0SuS0試樣2：S0=78.54mm2，Su=28.72mm2Z=78.5428.72=63.4%修約后，Z=63.

11、5%78.54試樣3：S0=78.23mm2,Su=24.00mm2Z=78.2324.00=69.3%修約后，Z=69.5%78.234.應(yīng)變硬化指數(shù)與應(yīng)變硬化系數(shù)真應(yīng)力：S=O（l+）真應(yīng)變：e=J均勻塑性變形服從Hollomon公式：S=KenlnS=lnK+nlne從應(yīng)力-應(yīng)變曲線的均勻塑性變形階段選取部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，求得lnS和lne，lnS-lne曲線的斜率就是應(yīng)變硬化指數(shù)n,截距是lnK，由lnK即可求得應(yīng)力應(yīng)變系數(shù)K。dl（l+s）=ln1101北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告試樣1：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)X,計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖1）

12、,選取應(yīng)變?cè)?.4%13.4%之間的1360組數(shù)據(jù)（此階段對(duì)應(yīng)均勻塑性變形階段），計(jì)算對(duì)應(yīng)的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出lnS-lne曲線，使用origin進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖2所示。圖1試樣1拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖2試樣1的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.263lne+6.738,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9971,由線性擬合結(jié)果可知，應(yīng)變硬化指數(shù)n=0.263,應(yīng)變硬化系數(shù)K=e6.738=857MPaX數(shù)據(jù)來源為WDW-200D萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)所得載荷-變形數(shù)據(jù)，取下引伸計(jì)前變形數(shù)據(jù)由引伸計(jì)提供，取下引伸計(jì)后由位移傳感器提供。北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳

13、鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告試樣2：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)，計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖3）,選取應(yīng)變?cè)?.0%12.0%之間的1288組數(shù)據(jù)（此階段對(duì)應(yīng)均勻塑性變形階段），計(jì)算對(duì)應(yīng)的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出InS-lne曲線，使用origin進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖4所/示O圖3試樣2拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖4試樣2的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.268lne+6.7709，線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9972，由線性擬合結(jié)果可知，應(yīng)變硬化指數(shù)n=0.268，lnK=6.7709，應(yīng)變硬化系數(shù)K=e6.709=872MPag口Uh&14iW42-35-24乜幅-7*Ine-北京科技大學(xué)材科

14、1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告試樣3：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)，計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖5）,選取應(yīng)變?cè)?.14%1.35%之間的508組數(shù)據(jù)（此階段對(duì)應(yīng)均勻塑性變形階段），計(jì)算對(duì)應(yīng)的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出InS-lne曲線，使用origin進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖6所示。圖5試樣3拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖6試樣3的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.205lne+7.043,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9994,由線性擬合結(jié)果可知，應(yīng)變硬化指數(shù)n=0.205，lnK=7.042,應(yīng)變硬化系數(shù)K=e7.043=1145MPa北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料

15、力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告五、誤差分析屈服強(qiáng)度ReL=有：AReLAPAS0APAd0=+=+2ReLPSOPdO試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)力準(zhǔn)確度優(yōu)于0.5%，故AP0.5%P游標(biāo)卡尺的最小分辨率：Ad0=0.02mm所以：AReLReL(0.5%+2試樣1：d0=10.00mm,ReL=284.8MPaAReL284.8MPax(0.5%+2試樣2：d0=10.00mm,ReL=279.2MPaAReL279.2MPax(0.5%+2試樣3：d0=9.98mm,RP0.2=353.3MPa0.02)=3.2MPa9.98可見國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定屈服強(qiáng)度在200N/mm21000N/mm

16、2范圍內(nèi)時(shí)修約間隔為5N/mm2是合理的?？估瓘?qiáng)度類似于抗彎強(qiáng)度誤差分析，實(shí)驗(yàn)測(cè)量抗拉強(qiáng)度的誤差：0.02ARmRm(0.5%+2)d0ARp0.2353.3MPax(0.5%+2試樣1：d0=10.00mm,Rm=437.4MPaARm437.4x(0.5%+2試樣2：d0=10.00mm,Rm=446.9.4MPaARm446.9x(0.5%+2試樣3：dO=9.98mm,Rm=568.0MPa0.02=5.1MPa9.98可見國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定屈服強(qiáng)度在200N/mm21000N/mm2范圍內(nèi)時(shí)修約間隔為5N/mm2是合理的。ARm568.0 x(0.5%+20.02)=

17、4.0MPa10.000.02)=3.9MPa10.000.02=2.5MPa10.000.02=2.6MPa10.000.02)dOPSO北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告斷后伸長(zhǎng)率A=因此：1+A=得：AAAL0ALu=+1+ALOLu劃線器精度優(yōu)于1%,故AL01%L0以2號(hào)樣品測(cè)得的6組斷后標(biāo)距的ALu為準(zhǔn)，1號(hào)試樣沿用這個(gè)值：ALu=0.14mm試樣1：Lu=69.26，A=38.5%0.14+1%)(1+38.5%)=1.7%69.26試樣2：Lu=68.12mm，A=36.2%AA=(0.14+1%)(1+36.0%)=1.6%68.12試樣3：無

18、法獲得斷后標(biāo)距，故無法計(jì)算斷后伸長(zhǎng)率。國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定斷后伸長(zhǎng)率修約間隔為0.5%，實(shí)驗(yàn)中斷后伸長(zhǎng)率的誤差普遍超過了0.5%，原因是實(shí)驗(yàn)使用的劃線器精度是1%,這樣測(cè)得的AA定大于1%。斷面收縮率S0-SuSudu2Z=1=1S0S0d0AA=(故：AZ=游標(biāo)卡尺的精度為0.02mm，故Ad0=0.02mm試樣1：du=5.72mm，Adu=0.03mm，d0=10.00mm2x5.722x5.722AZ=x0.03+x0.02=0.47%10.00210.003試樣2：du=6.02mm,Adu=0.04mm,d0=10.00mm2x6.022x6.022AZ=x0.04+x0.02=0.63%10.00210.003試樣3：du=5.53mm,Adu=0.04mm,d0=9.98mm2x5.532x5.532AZ=x0.04+x0.02=0.57%9.9829.983國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定斷面收縮率修約間隔為0.5%，實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)中有兩組超過了0.5%，可見國(guó)標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定似有不合理之處。2dudOAdu+2du2dOAdOLuL0Lu-L0Lu=-lLOLO北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)報(bào)告六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論