低碳钢拉伸试验报告.docx

低 碳 钢 拉 伸 试 验 报 告 一、试验目的 1、测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能2、测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数二、试验内容要求明确试验方法：通过室温拉伸试验完成上述性能测试工作，测试过程执行GB/T228-2002。1、试验材料与试样 试验材料： 本次试验选用了三种热处理方式不同的低碳钢分别进行试验，其相关特性如表1所示。 表1 试样材料相关信息表 热处理 低碳钢 化学成分 处理工艺 微观组织特征 性能 退火状态 碳含量小于0.25%的非合金低碳钢加热到适当温度，保持一定时间，缓慢冷却退火组织为铁素体和少量珠光体强度较低，塑性较好 正火状态加热到Acm以上30-50，保温适当时间后，在静止空气中冷却珠光体片层教习，铁素体晶粒也比较细强度和硬度提高 淬火状态加热到Ac1或Ac3温度以上并保持一段时间，随即进入淬冷介质中快速冷却组织大部分转化为马氏体强度和硬度提高，塑性韧性降低 试样 本次试样为机加工低碳钢，截面为圆形，其直径为10mm的R4标准试样。根据国际标准GB/T228-1002，R4标准试样规格尺寸及公差要求如表2、表3所示。 表2 R4试样的规格尺寸 标距 平行长度 截面原始直径 过渡弧直径 头部直径 50mm 60mm 10mm 8mm 20mm 表3 R4试样的尺寸公差要求 尺寸公差 形状公差 0.07mm 0.042、 试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备 测试内容 游标卡尺测量的物理量：试样的原始标距L0，断后标距Lu，原始直径do，断面直径du。 万能材料试验机测量物理量：连续测量加载过程中的载荷P和试样的伸长量l及应力-应变曲线。 测量工具、仪器、设备（1）游标卡尺 用于测量试样的标距长度与直径，50分度，精度为0,02mm （2）划线器 精度为1 （3）WDW-200D微机控制电子式万能材料试验机 主要性能指标：最大试验力：200KN 试验力准确度：由于示值的5 力值测量范围：最大试验力的0.4-100 变形测量准确度：在引伸计满量程的2-100范围内优于示值的1 横梁位移测量：分辨率的0.001mm 横梁速度范围：0.005mm/min-500mm/min 夹具形式：标准楔形拉伸副局，压缩附具，弯曲附具。（4）引伸计0.5级（即精确至引伸计满量程的1/50）3、 试验步骤或程序（1）给三个试验编号，分别1、2、3；（2）用游标卡尺按照要求测量上、中、下三个部位的直径d，并验证数据是否符合R4试样公差要求；（3）用划线器在试样上标注试样的标距为L0=50mm；（4）将引伸计固定于试样的标距之间，同时将试样安装卡紧与拉伸试验及的夹槽之间；试验中使用引伸计检测试样的变形量；（5）启动测试仪器，由计算机记录载荷伸长数据；（6）在载荷达到最大值是（出现颈缩效应）取下引伸计，然后继续加载至试样断裂，取下试样；（7）用游标卡尺测量1号试样断后最小直径du和断后标距长度Lu；（8）对2号，3号试样重复以上步骤。4、试验数据处理与分析讨论 试验相关数据 表4 断裂前尺寸记录表 试样编号原始标距 L0/mm 试样原始直径d0/mm原始截面积S0/mm2 上端截面 中部截面 下端截面 1 2平均值 1 2平均值 1 2平均值150.09.909.929.919.909.889.899.929.909.9177.03250.010.0010.0010.009.969.989.979.969.969.9677.96350.010.0810.0610.0710.0810.0610.0710.0410.0210.0379.43 表5 试样1断后尺寸记录表相关参数试验数 1 2 3 4 5 6 平均值断后标距长度Lu/mm 68.00 67.96 68.10 67.90 68.00 68.0067.99颈缩处最小直径du/mm 5.90 5.96 6.00 5.90 5.90 5.985.94断后最小横截面积Su/mm 27.34 27.90 28.27 27.34 27.34 28.0927.71 表6 试样2断后尺寸记录表相关参数试验数 1 2 3 4 5 6 平均值断后标距长度Lu/mm 61.80 61.82 61.88 62.10 62.00 61.72 61.89颈缩处最小直径du/mm 5.84 5.78 6.10 5.92 5.84 6.10 5.93断后最小横截面积Su/mm 26.79 26.24 29.22 27.53 26.79 29.22 27.63 表7 试样3断后尺寸记录表相关参数试验数 1 2 3 4 5 6 平均值断后标距长度Lu/mm 55.00 55.24 55.40 55.26 54.90 55.30 55.18颈缩处最小直径du/mm 7.10 7.00 7.06 7.10 7.02 7.06 7.06断后最小横截面积Su/mm 39.59 38.48 39.15 39.59 38.70 39.15 39.11 试样相应的应力-应变曲线 图1 试样1的应力-应变曲线 图2 试样2的应力-应变曲线图 图3 试样3的应力-应变曲线图 数据处理与分析A、 性能测定结果数值的修约 试验测定的性能结果数值应按照相关产品标准的要求进行修约。如未规定具体要求，应按照表8的要求进行修约。修约方法按照GB/T 8170。 表8 性能结果数值的修约间隔 性 能 范 围 修约间隔 ReH ,ReL,Rp,Rt,Rr,Rm 200N/mm2 200N/mm2-1000N/mm2 1000N/mm2 1N/mm2 5N/mm2 10N/mm2 Ae 0.05% A,At,Agt,Ag 0.5% Z 0.5%B、屈服强度和抗拉强度（强度性能） 屈服强度ReL和抗拉强度Rm可直接由计算机读出，其结果如下： 表9 试样的强度性能 试样 编号 屈服强度/MPa 抗拉强度 修约前 修约后 修约前 修约后 1 290.14 290 445.07 445 2 295.02 295 448.26 450 3 446.05 445 713.37 715C、塑性性能 （1）精度检验 do满足R4试样的形状公差试样的最大直径与最小直径之差不超过0,04mm，根据表4所得的数据，可知试样1、2、3的dmax-dmin的值分别为0.04,0.04,0.04。故试样均满足精度要求。 （2）断后伸长率的计算 。根据国际标准，修约间隔为0.5%。根据表5、表6、表7所得的数据可以分别求出试样的断后伸长率，其结果如下表所示： 表10 试样的断后伸长率 试样 编号 断后伸长率A（%） 修约前 修约后 1 35.98% 36.0% 2 23.78% 24.0% 3 10.36% 10.5% (3)截面积计算 初始截面积： 断后截面积： 依据表5、表6、表7中的数据可得： 表11 试样的初始截面积与断后截面积 试样 编号 初始截面积/mm2 断后截面积/mm2 1 77.03 27.71 2 77.96 27.62 3 79.43 39.15（4） 断面收缩率计算 Z=(So-Su)/So 根据国标，Z的修约间隔为0.5%。根据表11所得的数据，可分别求出试样的断面收缩率。 表12 试样的断面收缩率 试样 编号 断面收缩率Z（%） 修约前 修约后 1 64.02% 64.0% 2 64.57% 64.5% 3 50.71% 51.0%D、应变硬化系数K与应变硬化指数n 其中计算公式为： 工程应变： 工程应力： 真应变： 真应力： 对ln(e)-ln(S)图斜率则为应变硬化曲线指数n，应变硬化系数K=exp（截距）通过实验可知，各个试样的拉伸曲线为：试样1：S/MPae/%y=0.32x+6.92 R2=0.9983所以 n1=0.32,K2=e6.92=1012.32试样2：S/MPae/% y=0.23x+6.75 R2=0.9966所以 n2=0.23K2=e6.75=854.06 试样3：S/MPae/% y=0.45x+8.49 R2=0.9874 所以 n3=0.45，K3=e8.49=4865.87 三、实验结论1、由上述对数据的处理分析可以得出： ReL1ReL2ReL3，Rm1Rm2Rm3，n2n1n3试样1为退火工艺处理的低碳钢试样，由于退火工艺是在炉中冷却，冷却速度在三者中最慢，其试样硬度、强度最低，塑性最好。 试样2为正火工艺处理得低碳钢试样，正火工艺是在室温下进行冷却。3号试样的抗拉强度很显然大于2号试样，而1号试样也是最低的。1号试样和2号试样的屈服强度也相接近，在误差允许范围内，可以认为试样2的强度、硬度和塑性都介于淬火与退火之间。其试样的强度、硬度和塑性都介于淬火和退火之间。试样3为淬火工艺处理的低碳钢试样，淬火工艺通过水冷或油冷，冷却速度在三者之中最大，而在误差允许范围内，可认为其在三者之中的硬度、强度最高，塑性最差。四、 误差分析 1、电子万能试验机中的误差 2、试验中数据的偏差断后直径的误差 故du1=0.0456mm du2=0.1390mmdu3=0.0410mm其相对误差为：断面收缩率的误差断面收缩率的误差计算公式为：而即为游标卡尺的最小精度范围，即则可知误差分别为： 断后延伸率的误差 断后延伸率误差的计算公式为 则可以得如下各组数据的误差为： 强度的误差强度误差公式为：所以得各个试样的强度误差： 参考文献：杨王玥，强文江.材料力学行为.北京：科学出版社.2009余永宁.材料科学基础.北京.高等教育出版社.2006金属材料室温拉伸试验方法，2002