北京科技大學(xué)材料力學(xué)性能試驗1-低碳鋼拉伸試驗

1、北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告低碳鋼拉伸試驗報告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?zāi)康呐c要求測定低碳鋼在退火、正火和回火三種不同熱處理狀態(tài)下的強度與塑性。測定低碳鋼的應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)。相關(guān)實驗任務(wù)按照國標GB/T228-2002要求完成。二、試驗內(nèi)容通過室溫拉伸實驗測試三種不同熱處理狀態(tài)下的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率，并通過Hollomon公式計算應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)，測試過程執(zhí)行GB/T228-2002。實驗材料與試樣試驗材料：退火低碳鋼、正火低碳鋼和淬火低碳鋼。試驗試樣：在退火、正火和回火低碳鋼R4

2、標準試樣各一個。實驗設(shè)備與儀器游標卡尺，最高精度為0.02mm劃線器，標記準確到1%引伸計，標距50mm萬能材料試驗機WDW-200D。主要性能指標如下：最大載荷200KNI試驗力精度優(yōu)于示值得0.5%力值測量范圍：最大試驗力的0.4%-100%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：分辨率為0.001mm橫梁速度范圍：0.005mm/min-500mm/min，無級，任意設(shè)定夾具形式：標準楔形拉伸附具、壓縮附具、彎曲附具載荷傳感器：0.5級試驗步驟a）給三個試樣編號。b）用游標卡尺測量試樣的原始直徑d0II,并檢測是否滿足R4標準試樣公差要求III。c

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

4、時，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)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告f)g)h)i)j)當載荷達到最大時取下引伸計V。繼續(xù)加載直至試樣斷裂，取下試樣。用游標卡尺測量斷后最小直徑du和斷后標距長度LuVI。對其他試樣重復(fù)上述步驟。處理實驗數(shù)據(jù)VII三、實驗數(shù)據(jù)試樣原始直徑測量：試樣編號10.0410.0039.98表1試樣原始直徑測量數(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標準試樣的公差要求。試樣斷后直徑測量：表2試樣的斷后直徑測量數(shù)據(jù)試樣編號試樣斷后直徑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計算三個試樣的斷后直徑測量誤差：1號試樣：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考慮到游標卡尺的測量精度為0.02mm：Adu=0.03mmAdu0.03=0.5%vl%du5.72故測量結(jié)果滿足國標GB/T228-2002中的要求。V取下引伸計的目的是防止引伸計超出量程而損壞，取下引伸計后應(yīng)變數(shù)據(jù)由位移傳感器提供。VIdu與lu測量方法為：將試樣仔細拼接在一起，使其軸線處于同一直線上測量Lu，在頸縮最小的截面上取相互垂直的方向測量du。VII按照國標GB/T228-2002規(guī)定，Rel,Rm在200N/mm2-1000N/mm2范圍內(nèi)時，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)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告2號試樣：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考慮到游標卡尺的測量精度為0.02mm：Adu=0.03+0.02=0.04mmAdu0.04=0.7%1%du5.53故測量結(jié)果滿足國標GB/T228-2002中的要求。3號試樣：Adu(5.505.53)2+(5.525.53)2+(5.545.53)2+(5.585.53)2+(5.505.53)2=51=0.03mm考慮到游標卡尺的測量精度為

8、0.02mm：Adu=0.03+0.02=0.04mAdu0.03=0.5%1%du5.72故測量結(jié)果滿足國標GB/T228-2002中的要求。試樣斷后標距測量：表3試樣的斷后標距測量數(shù)據(jù)試樣編號試樣斷后標距Lu/mm69.2469.3469.268.2467.8668.1268.1668.123VIII以2號試樣計算斷后標距測量誤差：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

9、量結(jié)果滿足國標GB/T228-2002中的要求。由試驗機直接得到的數(shù)據(jù)：表4由試驗機直接得到的測量數(shù)據(jù)試樣編號123VIIIIX下屈服強度Rel/Mpa測量數(shù)據(jù)修約數(shù)據(jù)284.8285279.2280353.3355IX抗拉強度Rm/Mpa測量數(shù)據(jù)修約數(shù)據(jù)437.4435446.9445568.05703號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，故無法獲得斷后標距數(shù)據(jù)。3號試樣位低碳鋼淬火試樣，無明顯屈服平臺，故采用Rp0.2位屈服強度北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告四、數(shù)據(jù)處理屈服強度與抗拉強度屈服強度(下屈服強度)與抗拉強度由試驗機直接讀出三

10、個試樣的屈服強度與抗拉強度數(shù)據(jù)已經(jīng)列于表4中。斷后伸長率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：無法獲得斷后標距，故無法計算斷后伸長率。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數(shù)據(jù)點，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)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告試樣1：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)X,計算應(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)變在4.4%13.4%之間的1360組數(shù)據(jù)（此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段），計算對應(yīng)的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出lnS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，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)試驗機所得載荷-變形數(shù)據(jù)，取下引伸計前變形數(shù)據(jù)由引伸計提供，取下引伸計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)性能試驗低碳

13、鋼拉伸試驗報告試樣2：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)，計算應(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)變在4.0%12.0%之間的1288組數(shù)據(jù)（此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段），計算對應(yīng)的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出InS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，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)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告試樣3：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)，計算應(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)變在0.14%1.35%之間的508組數(shù)據(jù)（此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段），計算對應(yīng)的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出InS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，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)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告五、誤差分析屈服強度ReL=有：AReLAPAS0APAd0=+=+2ReLPSOPdO試驗機的試驗力準確度優(yōu)于0.5%，故AP0.5%P游標卡尺的最小分辨率：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可見國標GB/T228-2002中規(guī)定屈服強度在200N/mm21000N/mm

16、2范圍內(nèi)時修約間隔為5N/mm2是合理的?？估瓘姸阮愃朴诳箯潖姸日`差分析，實驗測量抗拉強度的誤差：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可見國標GB/T228-2002中規(guī)定屈服強度在200N/mm21000N/mm2范圍內(nèi)時修約間隔為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)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告斷后伸長率A=因此：1+A=得：AAAL0ALu=+1+ALOLu劃線器精度優(yōu)于1%,故AL01%L0以2號樣品測得的6組斷后標距的ALu為準，1號試樣沿用這個值：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、法獲得斷后標距，故無法計算斷后伸長率。國標GB/T228-2002中規(guī)定斷后伸長率修約間隔為0.5%，實驗中斷后伸長率的誤差普遍超過了0.5%，原因是實驗使用的劃線器精度是1%,這樣測得的AA定大于1%。斷面收縮率S0-SuSudu2Z=1=1S0S0d0AA=(故：AZ=游標卡尺的精度為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國標GB/T228-2002中規(guī)定斷面收縮率修約間隔為0.5%，實驗所得數(shù)據(jù)中有兩組超過了0.5%，可見國標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)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告六、實驗結(jié)論