拉伸試驗預(yù)習(xí)報告

拉伸試驗預(yù)習(xí)報告一、試驗?zāi)康?、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(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)二、試驗要求：按照相關(guān)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T228-2002：金屬材料室溫拉伸試驗方法）要求完成試驗測量工作。引言低碳鋼在不同的熱處理狀態(tài)下的力學(xué)性能是不同的。為了測定不同熱處理狀態(tài)的低碳鋼的力學(xué)性能，需要進行拉伸試驗。拉伸試驗是材料力學(xué)性能測試中最常見試驗方法之一。試驗中的彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段真實反映了材料抵抗外力作用的全過程。它具有簡單易行、試樣制備方便等特點。拉伸試驗所得到的材料強度和塑性性能數(shù)據(jù)，對于設(shè)計和選材、新材料的研制、材料的采購和驗收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及設(shè)備的安全和評估都有很重要的應(yīng)用價值和參考價值通過拉伸實驗測定低碳鋼在退火、正火和淬火三種不同熱處理狀態(tài)下的強度和塑形性能，并根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，確定應(yīng)變硬化指數(shù)和系數(shù)。用這些數(shù)據(jù)來進行表征低碳鋼的力學(xué)性能，并對不同熱處理的低碳鋼的相關(guān)數(shù)據(jù)進行對比，從而得到不同熱處理對低碳鋼的影響。拉伸實驗根據(jù)金屬材料室溫拉伸試驗方法的國家標(biāo)準(zhǔn)，制定相關(guān)的試驗材料和設(shè)備，試驗的操作步驟等試驗條件。四、試驗準(zhǔn)備內(nèi)容具體包括以下幾個方面。1、試驗材料與試樣（1）試驗材料的形狀和尺寸的一般要求試樣的形狀和尺寸取決于被試驗金屬產(chǎn)品的形狀與尺寸。通過從產(chǎn)品、壓制坯或鑄件切取樣坯經(jīng)機加工制成樣品。但具有恒定橫截面的產(chǎn)品，例如型材、棒材、線材等，和鑄造試樣可以不經(jīng)機加工而進行試驗。試樣橫截面可以為圓形、矩形、多邊形、環(huán)形，特殊情況下可以為某些其他形狀。原始標(biāo)距與橫截面積有關(guān)系的試樣稱為比例試樣。國際上使用的比例系數(shù)k的值為5.65。原始標(biāo)距應(yīng)不小于15mm。當(dāng)試樣橫截面積太小，以至采用比例系數(shù)k=5.65的值不能符合這一最小標(biāo)距要求時，可以采用較高的值，或者采用非比例試樣。本試驗采用R4試樣，標(biāo)距長度50mm，直徑為18mm。尺寸公差為±0.07mm，形狀公差為0.04mm。（2）機加工的試樣如果試樣的夾持端與平行長度的尺寸不同，他們之間應(yīng)以過渡弧相連，此弧的過渡半徑的尺寸可能很重要。試樣夾持端的形狀應(yīng)適合試驗機的夾頭。試樣軸線應(yīng)與力的作用線重合。（5）原始橫截面積的測定原始橫截面積的測定應(yīng)準(zhǔn)確到。比例試樣的原始標(biāo)距與橫截面積有關(guān)系。國際上使用的比例系數(shù)k的值為5.65，也可以取11.3。本試驗中試樣的直徑為10mm。（6）低碳鋼的熱處理1）退火工藝退火是將金屬和合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體；共析鋼或過共析鋼則是粒狀珠光體?？傊嘶鸾M織是接近平衡狀態(tài)的組織。退火是鋼廠最常用的熱處理工藝，可以達到以下目的：(1)減小鋼錠的成分偏析，使成分均勻化；(2)消除鑄、鍛件中存在的魏氏組織或帶狀組織，細化晶粒，均勻組織，并消除內(nèi)應(yīng)力；(3)降低硬度，提高塑性，以便于切削加工；(4)改善高碳鋼中碳化物的形態(tài)和分布，為淬火做好組織準(zhǔn)備。在本實驗中，我們所檢測到的退火處理后材料性能的主要變化應(yīng)為硬度的降低和塑形的升高。淬火工藝淬火是將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。將鋼加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或(和)貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。馬氏體最主要的特性之一就是高強度和高硬度。在本實驗中，我們所檢測到的淬火處理后材料性能的主要變化應(yīng)為硬度的升高。正火工藝正火是將鋼件加熱到Ac3（或Acm）以上30～50℃，保溫適當(dāng)?shù)臅r間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。把鋼件加熱到Ac3以上100～150℃的正火則稱為高溫正火。對于中、低碳鋼的鑄、鍛件正火的主要目的是細化組織。與退火相比，正火后珠光體片層較細、鐵素體晶粒也比較細小，因而強度和硬度較高。對于低碳鋼工件，由于退火后硬度太低，切削加工中易粘刀，光潔度交叉，效率低，故用正火來提高其硬度，改善其切削加工性能。[1]在本實驗中，我們所檢測到的正火處理后材料性能的主要變化應(yīng)為硬度的升高。（7）試樣的制備對于名義直徑10mm的試樣，尺寸公差為0.03mm。對于滿足上述機加工條件的名義直徑10mm的試樣，沿其平行長度的最大直徑和最小直徑之差不應(yīng)超過0.04mm。試驗測試內(nèi)容與相關(guān)的測量工具、儀器、設(shè)備試驗測試的主要內(nèi)容拉伸曲線、伸長率、斷面收縮率測量工具游標(biāo)卡尺劃線儀器引伸計YYU-25/50測量設(shè)備萬能試驗機WDW-200D試驗時的溫度為室溫10-35℃，較為嚴(yán)格的控制為23±5℃，加載速率為6-60MPa/s.實驗室條件：試驗程序文件要求齊全，實驗人員要求有資格認(rèn)證2.1引申計引申計刀口間距為50.0mm，測量范圍為標(biāo)距最大為25mm，精度在（2-100%）FS內(nèi)精度優(yōu)于示數(shù)的1%。2.2游標(biāo)卡尺游標(biāo)卡尺的量程：200mm分度：50最小分辨能力：0.02mm2.3試樣標(biāo)線器每格為10mm，一共有10個格，標(biāo)距誤差為±1%

2.4萬能試驗機的主要技術(shù)指標(biāo)1.測量范圍：<=200kN2.試驗力準(zhǔn)確度：優(yōu)于示值的0.5%3.力值測量范圍：最大試驗力的0.4%-100%4.變形測量準(zhǔn)確度：在引申計滿量程的2%-100%范圍內(nèi)優(yōu)于示值的1%5.橫梁位移測量：分辨率的0.001mm6.橫梁速度范圍：0.005mm/min-500mm/min7.夾具形式：標(biāo)準(zhǔn)楔形拉伸附具、壓縮附具、彎曲附具計算機中測力的精度為千分之五，加載載荷的速度為6mm/min由試驗的樣品直徑為18mm（假設(shè)試驗中橫截面積基本不變），低碳鋼的彈性模量約為210GPa，可以得到試樣屈服時的拉力為47.6kN，萬能試驗機滿足試驗的要求。3、試驗步驟或程序劃線測量利用游標(biāo)卡尺測量樣品的直徑，在不同的部位測量三次，用直尺測量樣品的原始標(biāo)距，同樣取不同位置測量三次。然后使用劃線器在試樣上畫出試樣的標(biāo)距。按照試樣將樣品安裝在萬能拉伸試驗機上，按照試驗機的操作流程，對樣品進行拉伸，在電腦上記錄拉伸曲線界面操作設(shè)置電腦屏幕上的各種拉伸參數(shù)，將初始數(shù)據(jù)設(shè)置為零，點擊開始按鈕，開始拉伸試驗。當(dāng)拉伸量趨于平穩(wěn)，將引申計取下，避免破壞設(shè)備。拉伸過程繼續(xù)拉伸試樣，直到試樣斷裂。將試樣從試驗機上取下，觀察端口形貌。可以看到端口周邊的剪切唇。測量斷后試樣按照國標(biāo)精度，測量斷后試樣頸縮直徑、斷后標(biāo)距長度。試樣旋轉(zhuǎn)90度，再測量一遍。輸出報告（6）根據(jù)拉伸過程中測得的應(yīng)力、位移和塑形變形的數(shù)據(jù)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)給定的數(shù)據(jù)處理方式，計算機輸出拉伸試驗測得的四項拉伸強度和拉伸塑形的測試結(jié)果。試驗數(shù)據(jù)處理方案4.1將試驗測得的數(shù)據(jù)進行整理：表1拉伸前試樣的直徑編號編號上中下110.0010.0410.0010.0210.0010.00平均10.02平均10.01平均10.0029.889.929.889.909.889.90平均9.90平均9.89平均9.8939.969.999.969.979.979.99平均9.98平均9.97平均9.98表21號試樣斷后標(biāo)距和斷后直徑斷后標(biāo)距Lu/mm斷后直徑Du/mm數(shù)據(jù)68.1068.125.905.94平均值68.115.92表32號試樣斷后標(biāo)距和斷后直徑斷后標(biāo)距Lu/mm斷后直徑Du/mm測量數(shù)據(jù)61.5661.5861.585.7061.5861.6861.725.76平均值61.625.73方差0.003656標(biāo)準(zhǔn)差0.06046表43號試樣斷后標(biāo)距和斷后直徑斷后標(biāo)距Lu/mm斷后直徑Du/mm測量值5.705.805.765.805.785.765.785.685.685.725.685.70平均值5.74方差0.00212標(biāo)準(zhǔn)差0.0461國標(biāo)規(guī)定斷后標(biāo)距方差小于0.25mm，直徑Δdu/du<1%（1）對2號樣品的斷后標(biāo)距進行驗證，通過測量的六個標(biāo)距可以求得平均值=61.62mm由此可以求的六組數(shù)據(jù)的方差為=0.06mm由于0.06mm<0.25mm，因此所測得的斷后標(biāo)距的誤差范圍符合國家標(biāo)準(zhǔn)。對3號樣品的斷后直徑進行驗證，通過測量六組數(shù)據(jù)可以得到平均值=5.74mm由此可以求的六組數(shù)據(jù)的方差為=0.0461mm由于0.0461mm<5.74*1%=0.0574mm，因此所測得的斷后標(biāo)距的誤差范圍符合國家標(biāo)準(zhǔn)。斷面面積、截面收縮率、試樣拉伸伸長率4.2修約測驗測定的性能結(jié)果數(shù)值應(yīng)按照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求進行修約。如未規(guī)定具體要求，應(yīng)按照下表要求進行修約。性能結(jié)果數(shù)值的修約間隔性能范圍修約間隔ReL、Rm≤200N/mm2＞200N/mm2-1000N/mm2＞1000N/mm21N/mm25N/mm210N/mm2A0.05%Z0.05%4.2伸長率、截面收縮率和拉伸曲線的處理4.2.1伸長率將樣品斷裂前的原始標(biāo)距和斷裂后的斷后標(biāo)距進行整理，分別將兩組數(shù)據(jù)進行平均，取平均值后，利用公式得到伸長率4.2.2截面收縮率將樣品斷裂前的直徑和斷裂后的直徑進行整理，分別將兩組數(shù)據(jù)進行平均，取平均值，利用公式得到截面收縮率4.2.3拉伸曲線從拉伸曲線可以直接得到屈服強度和抗拉強度。真應(yīng)力與工程應(yīng)力的換算公式為，真應(yīng)變與工程應(yīng)變的換算公式為。在均勻變形的塑形階段，均勻選取5個點，記錄這5個點的工程應(yīng)力、工程應(yīng)變值。Hollomno公式為在真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線下，表征金屬應(yīng)變硬化能力的經(jīng)驗公式，其經(jīng)驗表達式為：其中K稱為應(yīng)變硬化系數(shù)，n稱為應(yīng)變硬化指數(shù)，S為真應(yīng)力，e為真應(yīng)變。由拉伸曲線選取的點可以得到lnS對lne的直線關(guān)系，經(jīng)擬合可以得到直線的斜率為n，直線的截距為lnk，由此可以得到n和k的值（k為應(yīng)變硬化系數(shù)，n為應(yīng)變硬化指數(shù)）。4.3誤差分析4.3.1誤差定義由于儀器、實驗條件、環(huán)境等因素的限制，測量不可能無限精確，物理量的測量值與客觀存在的真實值之間總會存在著一定的差異，這種差異就是測量誤差。4.3.2誤差分類誤差分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差和粗大誤差（1）系統(tǒng)誤差有一定的規(guī)律性，可以通過改進試驗方案消除（2）偶然誤差隨機出現(xiàn)，但遵循一定的統(tǒng)計規(guī)律，可以通過多