低碳钢拉伸试验报告

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%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，塑性较好正火状态的非合金低碳钢加热到 Acm以上30-50 C，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50mm60mm10mm8 mm20mm表3R4试样的尺寸公差要求尺寸公差形状公差0.07mm0.042、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断后标距原始直径d,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Al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，由计算机记录载荷一伸长数据；(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断裂前尺寸记录表试样 编 号原始标距L/mm试样原始直径d0/mm原始截面积S/mm2上端截面中部截面下端截面12平均值12平均值12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123456平均值断后标距长度Lu/mm68.0067.9668.1067.9068.0068.0067.99颈缩处最小直径du/mm5.905.966.005.905.905.985.94断后最小横截面积Su/mm27.3427.9028.2727.3427.3428.0927.71MPa0. 00图1试样1的应力-应变曲线12.6016.8021.0025.2029.4033.6037.8042.00表6试样2断后尺寸记录表相关参数试验数123456平均值断后标距长度Lu/mm61.8061.8261.8862.1062.0061.7261.89颈缩处最小直径du/mm5.845.786.105.925.846.105.93断后最小横截面积Su/mm26.7926.2429.2227.5326.7929.2227.63表7试样3断后尺寸记录表相关参数试验数123456平均值断后标距长度Lu/mm55.0055.2455.4055.2654.9055.3055.18颈缩处最小直径du/mm7.107.007.067.107.027.067.06断后最小横截面积Su/mm39.5938.4839.1539.5938.7039.1539.11试样相应的应力一应变曲线500. 00450. 00400. 00350. 00300. 00250. 00200. 00150. 00100. 0050.00500.00450.00400.00350.00300.00250.00200.00150.00100.00%10.4013.0015. 6018.2020.8023.4026.0050. 000. 000. 002. 605. 207. 80图2试样2的应力-应变曲线图MPa800. 00720. 00640. 00560. 00480. 00400. 00320. 00240. 00160. 0080. 000. 000-001-202-40313 试样邀I的应力-应变曲线图8.409.60%10. 80 12. 00 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，RmW200N/mm2200N/mm2-1000N/mm21000N/mm21N/mm25N/mm210N/mm2Ae0.05%A,At,Agt,Ag0.5%Z0.5%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1290.14290445.074452295.02295448.264503446.05445713.37715C、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A二(lu -lo)/lo。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135.98%36.0%223.78%24.0%310.36%10.5%(3) 截面积计算兀初始截面积：So二do24兀断后截面积：Su = du 24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/mm2177.0327.71277.9627.62379.4339.15(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164.02%64.0%264.57%64.5%350.71%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：E工程应力： d真应变：2 =上门-L真应力：5 =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:MPa500. 00450. 00400. 00350. 00300-00 w250. 00200. 00150. 00100. 0050.000. 000. 00IT+ II!十丄！ IT丄I o丄48.rPI I J.LI IrLI7-4IIT+1 ! +丄！!十丄！!十丄！I-tJI!r丄！IT丄I2.6016.8021.0025.2029.4033. 6037. 80%42. 00E/%cr/MPaS/MPae/%lneLn5试样2：y=0.32x+6.92 R2=0.9983所以 n=0.32,K2=e6.92=1012.32/%a/MPaS/MPae/%560.00b-40. 00720.OU4MU.y=023x+67 R2=0.9966所以 n2=0.23K2二e6.75=854.06试样3：liffa800.00/%(j/MPaS/MPae/%Ln56.4 一6.2 一6.Q 一里 5.8 一5.6 一5.4 一5.2 一5.041-7.01-6.51 1 1 1 1-6.0-5.51 1 1 1-5.0-4.5-Iney=0.45x+8.49R2=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：ReLiReL2ReL3, RmiRm2Rm3,气片气试样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I 1 宀一Adu =工(dui - du)A2n 一 1*i=1故4 du =0.0456mm1 du =0.1390mm2 du =0.0410mm3其相对误差为：Adul 0.0456=0.77%dul5.94池=01390 = 2.34% du 25.93Adu30.0410=0.58%du 37.06 断面收缩率的误差断面收缩率的误差计算公式为:dZdZ2d：.2盘2d込=鬲 +鬲込而亠即为游标卡尺的最小精度范围，即亠;I =二亠匕 则可知误差分别为：5.9425 94AZ1 = 2 xx 0.02 + 2 xx 0.0876 = 1.2%9.9039.9025.9325 93AZ1 = 2 xx 0.02 + 2 xx 0.1245 = 1.6%9.9839.9827.0627 06AZ1 = 2 xx 0.02 + 2 x x 0.0701 = 1.2%10.06310.062 断后延伸率的误差断后延伸率误差的计算公式为亠丄 m亍亍 Alu =：丄工（lui -万）人2n 一 1i=1则可以得如下各组数据的误差为:AA1 = (1 + 0.3598)(0.01 + 065) = 1.5%67.99AA2 = (1 + 0.2378)(0.01 + 0.14) = 1.5%61.890 192AA3 = (1 + 0.1036)(0.01 +) = 1.5%55.18 强度的误差 强度误差公式为：* = m三-千j 所以得各个试样的强度误差：R = R (AFeLi + 2Adoi) = 290 X (0.005 + 2 X 0.02) = 2.62MPa e L1e L1 F 门 d019.90eL101R = R ( AFl2 + 2Ad) = 295 x (0.005 + 2 X 0.02) = 2.66MPa e L2e L2 Fd9 98eL 202R L3 = R L3(AFeL3 +) = 445 x (0.005 + 2 X0.02) = 2.99MPae L3e L3 F 小 d0310.06eL 303R , = R 丄 AFmi + 2Ad01) = 445 x (0.005 + 2 X 0.02) = 4.02MPam1m1 F id“9.90m101R 2 = R 2(AF +) = 450 x (0.005 + 2 X 0.02) = 4.05MPam2m2F 2d029.98m 202R 3 = R 3(AFm3 + 2Ad) = 715 x (0.005 + 2 X 0.02) = 6.42MPam3m3F 3d0310.06m 303参考文献： 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