1、北京科技大學 材科1005班XXX材料力學性能試驗 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 材料科學與工程學院 材科1005班一、試驗目的與要求1 .測定低碳鋼在退火、正火和回火三種不同熱處理狀態下的強度與塑性。2 .測定低碳鋼的應變硬化指數和應變硬化系數。相關實驗任務按照國標 GB/T228-2002要求完成。二、試驗內容通過室溫拉伸實驗測試三種不同熱處理狀態下的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率，并通過 Hollomon公式計算應變硬化指數和應變硬化系數，測試過程執行 GB/T228-2002。1 .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

2、樣：在退火、正火和回火低碳鋼 R4標準試樣各一個。2 .實驗設備與儀器游標卡尺，最高精度為0.02mm劃線器，標記準確到土引伸計,標距50mm萬能材料試驗機WDW-200D 0主要性能指標如下： 最大載荷200KNI 試驗力精度優于示值得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%范圍內優于示值的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3.試驗步驟a）給三個試樣編號。b）用游標卡尺測量試

3、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）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=600X 10-6 X兀（10 X 10-3）2=47kN<200kN 故200KN滿足實驗需要。14II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S0oIII按照國標GB/T228-2002規定，R4標準試樣的尺寸公差為 此.07mm,形狀公差

4、 為 0.04mm。IV按照國標GB/T228-2002規定，材料彈性模量150000N/mm附，應力速度最 小為 6(N/mm2)s-1,最大為 20(N/mm2)s-1北京科技大學 材科1005班XXX材料力學性能試驗 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。對其他試樣重復上述步驟。處 理實驗數據VII三、實驗數據1 .試樣原始直徑測量： 試樣編號2 10.043 10.004 9.98表1試樣原始直徑測量數據試樣原始直徑d0/mm試樣原始截面積S0/mm25 0.

5、02 10.04 10.02 10.02 10.00 78.54 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 78.54 9.98 10.00 10.00 10.00 9.98 78.231其中試樣截面積S0=4冗d02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。2.試樣斷后直徑測量：表2試樣的斷后直徑測量數據試樣編號 試樣斷后直徑du/mm du平均值/mm最小截面積Su/mm21 5.70 5.70 5.76 5.72 5.72 5.70 5.72 25.672 6.08 6.06 6.06 6.02 6.00 6.06 6.0

6、5 28.723 5.50 5.52 5.54 5.58 5.50 5.53 24.00計算三個試樣的斷后直徑測量誤差：1號試樣：?du(5.70-5.72)2+(5.70-5.72)2+(5.76-5.72)2+(5.72-5.72)2+(5.72-5.72)2+(5.70-5.72)2=6-1=0.02mm考慮到游標卡尺的測量精度為 0.02mm： ?du=0.03mm?du0.03=0.5%<1% du5.72故測量結果滿足國標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，取下引伸計后應變數據由位 移傳感器提供。VIdu與lu測量方法為：將試樣仔細

7、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 規定，Rel, Rm 在 200N/mm2-1000 N/mm2范圍內時，修約間隔為5 N/mm2, A的修約間隔為0.5%, Z的修約間隔為0.5%。北京科技大學 材科1005班XXX材料力學性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告2號試樣：？du(6.08-6.05)2+(6.06-6.05)2+(6.06-6.05)2+(6.02-6.05)2+(6.00-6.05)2+(6.06-6.05)2= 6-1=0.03mm考慮到游標卡尺的測量精度為 0.02mm： ?d

8、u=V0.03+0.02=0.04mm?du0.04=0.7%<1% du5.53故測量結果滿足國標 GB/T228-2002中的要求。3號試樣：？du(5.50-5.53)2+(5.52-5.53)2+(5.54-5.53)2+(5.58-5.53)2+(5.50-5.53)25-1=0.03mm考慮到游標卡尺的測量精度為 0.02mm： ?du=V0.03+0.02=0.04m?du0.03=0.5%<1% du5.72故測量結果滿足國標 GB/T228-2002中的要求。3.試樣斷后標距測量：表3試樣的斷后標距測量數據試樣編號試樣斷后標距Lu/mm1 69.24 69.34

9、69.22 68.24 67.86 68.12 68.16 68.12 3VIII以2號試樣計算斷后標距測量誤差:?Lu68.24 -Lu平均值/mm69.26 68.12 -(68.24-68.12)2+(67.86-68.12)2+(68.12-68.12)2+(68.16-68.12)2+(68.12-68.12)2+(68 .24-68.12)2= ，6-1=0.14mm<0.25mm故測量結果滿足國標GB/T228-2002中的要求。4.由試驗機直接得到的數據：表4由試驗機直接得到的測量數據試樣編號1 2 3VIII IX下屈服強度 Rel/Mpa測量數據 修約數據284.8

10、285 279.2 280 353.3 355IX抗拉強度 Rm/Mpa測量數據 修約數據437.4 435 446.9 445 568.0 5703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 后標距數據。3號試樣位低碳鋼淬火試樣，無明顯屈服平臺，故采用 Rp 0.前屈服強度 北京科技大學 材科1005班XXX材料力學性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告 四、數據處理1 .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個試樣的屈服強度與抗拉強度數據已經列于表4中。2 .斷后伸長率Lu- L0A= L0試樣 1: L0=50.0mm, Lu=69.26mm

11、A=試樣 2: L0=50.0mm, Lu=68.12mmA=68.12-50.0=36.2% 修約后，A=36.0% 50.069.26-50.0=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。3 .斷面收縮率Z=試樣 1: S0=78.54mm2, Su=25.67mm2Z=78.54-25.67=67.3% 修約后，Z=67.5% 78.54S0-Su S0試樣 2: S0=78.54mm2, Su=28.72mm2Z=78.54-28.72=63.4% 修約后，Z=63.5% 78.54試樣 3: S0=78.23mm2, Su=24.00m

12、m2Z=78.23-24.00=69.3% 修約后，Z=69.5% 78.234 .應變硬化指數與應變硬化系數真應力：S=(T (1+ £ )真應變：e=/均勻塑性變形服從Hollomon公式：S=KenlnS=lnK+nlne從應力-應變曲線的均勻塑性變形階段選取部分數據點，求得 lnS和lne, lnS-lne 曲線的斜率就是應變硬化指數 n,截距是lnK,由lnK即可求得應力應變系數 Ko dl(1+ e) =ln 1101北京科技大學 材科1005班XXX材料力學性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告試樣1:根據載荷-變形數據X,計算應力應變數據，做出應力應變曲線(圖 1),選取應 變

13、在4.4%13.4%之間的1360組數據(此階段對應均勻塑性變形階段)，計算對 應的真應力、真應變，做出lnS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，結果如圖2 所示。圖1試樣1拉伸過程的應力應變曲線圖2試樣1的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.263lne+6.738,線性相關系數R2=0.9971,由線性擬合結 果可知，應變硬化指數n=0.263,應變硬化系數K=e6.738=857MPa X數據來源為 WDW-200D萬能力學試驗機所得載荷-變形數據，取下引伸計前變形數據由引伸 計提供，取下引伸計后由位移傳感器提供。北京科技大學 材科1005班XXX材料力學性能試驗

14、 低碳鋼拉伸試驗報告試樣2:根據載荷-變形數據，計算應力應變數據，做出應力應變曲線（圖 3）,選取應變 在4.0%12.0%之間的1288組數據（此階段對應均勻塑性變形階段），計算對應 的真應力、真應變，做出lnS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，結果如圖4所 示。圖3試樣2拉伸過程的應力應變曲線圖4試樣2的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.268lne+6.7709,線性相關系數R2=0.9972,由線性擬合結果可知，應變硬化指數n=0.268, lnK=6.7709,應變硬化系數K=e6.709=872MPa££口北京科技大學 材科1005班

15、XXX材料力學性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告試樣3根據載荷-變形數據，計算應力應變數據，做出應力應變曲線（圖 5）,選取應變在0.14%1.35%之間的508組數據（此階段對應均勻塑性變形階段），計算對應的真應力、真應變，做出lnS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，結果如圖6所示。圖5試樣3拉伸過程的應力應變曲線圖6試樣3的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.205lne+7.043,線性相關系數R2=0.9994,由線性擬合結果可知，應變硬化指數 n=0.205, lnK=7.042,應變硬化系數 K=e7.043=1145MPa北京科技大學 材科1005班XXX材料

16、力學性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告五、誤差分析1 .屈服強度ReL=有：?ReL?P?S0?P?d0=+=+2? ReLPS0Pd0試驗機的試驗力準確度優于 0.5%,故?P< 0.5% P游標卡尺的最小分辨率：?d0=0.02mm所以：?ReL< ReL?(0.5%+2?試樣 1: d0=10.00mm, ReL=284.8MPa?ReL< 284.8MPaX (0.5%+2?試樣 2: d0=10.00mm, ReL=279.2MPa?ReL< 279.2MPaX (0.5%+2?試樣 3: d0=9.98mm, RP0.2=353.3MPa0.02)=3.2MPa

17、9.98可見國標GB/T228-2002中規定屈服強度在 200N/mm21000N/mm2范圍內時修約間隔為5N/mm2是合理的。2 .抗拉強度類似于抗彎強度誤差分析，實驗測量抗拉強度的誤差：0.02?Rmi< Rm?(0.5%+2?) d0?Rp0.2 < 353.3MPaX (0.5%+2?試樣 1: d0=10.00mm, Rm=437.4MPa?RmC 437.4 義(0.5%+2?試樣 2: d0=10.00mm, Rm=446.9.4MPa?RmC 446.9 X (0.5%+2?試樣 3: d0=9.98mm, Rm=568.0MPa0.02=5.1MPa 9.98

18、可見國標GB/T228-2002中規定屈服強度在 200N/mm21000N/mm2范圍內時修 約間隔為5N/mm2是合理的。?RmC 568.0 乂 (0.5%+2?0.02)=4.0MPa 10.000.02)=3.9MPa 10.000.02=2.5MPa10.000.02=2.6MPa 10.000.02) d0PS0北京科技大學 材科1005班XXX材料力學性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告3 .斷后伸長率A=因此：1+A=行：?A?L0?Lu=+ 1+AL0Lu劃線器精度優于1%,故?L0< 1% L0以2號樣品測得的6組斷后標距的？ Lu為準，1號試樣沿用這個值：?Lu=0.14

19、mm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% ?A=(0.14+1%)?(1+36.0%)=1.6% 68.12試樣3:無法獲得斷后標距，故無法計算斷后伸長率。國標GB/T228-2002中規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？A一定 大于1%。4 .斷面收縮率S0-SuSudu2Z=1-=1-S0S0d0?A=(故：?Z=游標卡尺的精度為0.02mm,故?d0=0.02mm試樣 1: du

20、=5.72mm, ?du=0.03mm, d0=10.00mm試樣 2： du=6.02mm, ?du=0.04mm, d0=10.00mm2 >6.022 6.022?Z= X0.04+ .02=0.63% 10.00210.003試樣 3: du=5.53mm, ?du=0.04mm, d0=9.98mm2 >5.532 5.532?Z= X0.04+ .02=0.57% 9.9829.983國標GB/T228-2002中規定斷面收縮率修約間隔為 0.5%,實驗所得數據中有兩組 超過了 0.5%,可見國標GB/T228-2002中規定似有不合理之處。2dud0?du+2du2d0?d0 LuL0Lu-L0Lu=-1 L0L0北京科技大學 材科1005班XXX材料力學性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告六、實驗結論根據屈服強度、抗拉強度、應變硬化系數可以判斷三個試樣的熱處理工藝依次為 退火、正火和淬火