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
①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

②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
0.04

2、 试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备
①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Δl及应力-应变曲线。
②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
①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
1
50.0
9.90
9.92
9.91
9.90
9.88
9.89
9.92
9.90
9.91
77.03
2
50.0
10.00
10.00
10.00
9.96
9.98
9.97
9.96
9.96
9.96
77.96
3
50.0
10.08
10.06
10.07
10.08
10.06
10.07
10.04
10.02
10.03
79.43

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
68.00
67.99
颈缩处最小直径du/mm
5.90
5.96
6.00
5.90
5.90
5.98
5.94
断后最小横截面积Su/mm
27.34
27.90
28.27
27.34
27.34
28.09
27.71

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
②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

③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
715

C、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/MPa
e/%

y=0.32x+6.92 R2=0.9983
所以 n1=0.32,K2=e6.92=1012.32
试样2：

S/MPa
e/%

y=0.23x+6.75 R2=0.9966
所以 n2=0.23K2=e6.75=854.06

试样3：

S/MPa
e/%

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：
ReL1<ReL2<ReL3，Rm1<Rm2<Rm3，n2<n1<n3
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
①断后直径的误差

故Δdu1=0.0456mm
Δdu2=0.1390mm
Δdu3=0.0410mm
其相对误差为：

②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：

③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：

④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：
①杨王玥，强文江.《材料力学行为》.北京：科学出版社.2009
②余永宁.《材料科学基础》.北京.高等教育出版社.2006
③金属材料室温拉伸试验方法，2002