北京科技大学低碳钢拉伸试验报告

班级：cailiao姓名：柚子与瓜子学号：87654321仅供学习与参考，努力才是王道！低碳钢拉伸试验报告1试验目的测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能。测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。2试验要求试验温度控制在10℃~35℃之间。由于低碳钢弹性模量约为206Gpa，因此根据GB/T228-2002，在弹性范围和直至上屈服强度，应控制材料试验机的应力速率在6(N/mm2)·s-1~60(N/mm2)·s-1之间。在测定下屈服强度的条件应满足试样平行程度的屈服期间应变速率应在0.00025/s~0.0025/s之间，平行长度内的应变速率应尽可能保持平行。如不能直接调节这一应变速率，应通过调节屈服即将开始前的应力速率来调整，在屈服完成前不再调节试验机的控制。试样平行长度的应变速率不应超过0.008/s。并且应尽最大努力确保夹持的试样受轴向拉力的作用。实验环境应为非腐蚀环境，一般在干燥的空气中进行。3引言拉伸试验是评定金属材料性能的常用测试方法，可以检测强度与塑性性能。拉伸实验测定的拉伸曲线还是观察金属材料塑性变形过程的良好手段，在均匀塑性变形阶段，Hollomon公式tntkσε=可以较好的描述金属的塑性变形规律，该经验公式中，反映材料特性的两个参数是应变硬化系数k和应变硬化指数n。低碳钢是具有良好塑性的材料，经过不同的热处理获得不同的微观组织结构，因而具有不同的强度和塑性。本实验主要通过材料万能试验机进行拉伸试验，来进行低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能的测定以及低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数的测定。强度与塑性性能的测定包括以下内容：测量屈服强度与抗拉强度；测量断后伸长率与断面收缩率。低碳钢为塑性材料。其拉伸时的应力-应变曲线主要分四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段，在局部变形阶段有明显的屈服和颈缩现象。其典型的应力应变曲线如图1所示。1班级：cailiao姓名：柚子与瓜子学号：87654321仅供学习与参考，努力才是王道！图1低碳钢拉伸应力-应变曲线1)弹性阶段：在拉伸的初始阶段σ与ε的关系为直线Oa，在这一阶段内，应力σ与应变ε成正比，即在这一阶段称材料是线弹性的。2)屈服阶段：屈服强度分为上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度（eHR）为试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。下屈服强度（eLR）为在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。3)强化阶段：过屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增大拉力。这种现象成为材料的强化。图1中对应的de阶段便对应强化阶段。抗拉强度是对应于最大载荷的工程应力，即e点。4)局部变形阶段：过e点后，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧减小，形成缩颈现象。降落到f点，试样被拉断。断后伸长率（A）为断后标距的参与伸长（uoLL−）与原始标距（oL）之比的百分率。断面收缩率（Z）为断裂后试样横截面积的最大缩减量（ouSS−）与原始横截面积（oS）之比的百分率。测量应变硬化系数与指数即通过origin软件拟合均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲线来获得Hollomon公式tntkσε=中的应变硬化指数n和应变硬化系数k，其中tσ为真应力，tε为真应变。了解材料的强度塑性等力学性能有着重要意义，对保证产品性能和设备安全、节约生产成本、提高生产效率具有着重要的参考价值。2班级：cailiao姓名：柚子与瓜子学号：87654321仅供学习与参考，努力才是王道！4试验准备内容4.1试验材料本实验中对低碳钢试样分别采用退火、正火、淬火三种热处理工艺来进行试验测量。其中试验材料特点如表1所示。表1试验材料材质热处理特点低碳钢退火：将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃，保温一段时间后，缓慢而均匀的在退火炉中冷却降低硬度，使材料便于加工，使钢晶粒细化，消除应力低碳钢正火：将钢加热到Ac3或Acm以上30-50℃，保温后在空气中冷却使晶粒细化，各项机械性能均较好低碳钢淬火：对于亚共析钢，即低碳钢和中碳钢加热到Ac3以上30-50℃，在此温度下保持一段时间，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却（水冷或油冷）的过程硬度大，适合对硬度有特殊要求的部件4.2试样本实验中采用的试样为棒材低碳钢标准试样R4，为棒材试样，在比例系数k=5.65时，R4标准试样的尺寸如表2所示。表2R4试样尺寸数据试样编号截面直径d/mm过渡弧直径r/mm原始标据Lo/mm平行长度Lc/mmR410≥7.550≥55仲裁实验Lo+2d试样图纸如下图所示：图2试样图纸3班级：cailiao姓名：柚子与瓜子学号：87654321仅供学习与参考，努力才是王道！其中Lt为试样总长。该试样的尺寸公差为±0.07mm，形状公差的要求为沿其平行长度的最大直径和最小直径之差不应超过0.04mm。4.3试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备4.3.1试验测试内容：原始试样直径，以及断后缩颈处最小试样直径。标距的实际长度，以及试样拉断后原标距处拉伸后的长度。低碳钢发生屈服时的上屈服强度、下屈服强度、抗拉强度。低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。4.3.2测量仪器及设备如下：(1)游标卡尺a.国标GB/T228-2002中要求其分辨力应优于0.1mm或测量装置测定断后标距uL准确到±0.25mm；原始标距oL的标记应准确到±1%。b.实验室中游标卡尺的量程为150mm，精确度为0.02毫米。(2)引伸计a.国标GB/T228-2002中规定测定非比例延伸强度时应使用不劣于1级准确度的引伸计，测定抗拉强度时应使用不劣于2级准确度的引伸计；b.实验室中使用电子引伸计规格型号为YYU-12.5/25，即标距为25.0mm，最大位移为12.5mm.(3)材料试验机a.国标GB/T228-2002中规定应使用1级或优于1级准确度的材料试验机。b.实验室中的万能材料试验机的各项参数为：最大试验力：200kN；试验力准确度：优于示值的0.5%；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：标准模型拉伸附具，压缩附具，弯曲附具。（低碳钢淬火后抗拉强度可达600MPa，而试样直径为10mm，故最大试验力为：600MPa×π(10/2mm)2=47.1kN200kN，因此试验机加载能力满足要求。）(4)试样标线器国标GB/T228-2002中规定试样标线器标距误差±1%。4班级：cailiao姓名：柚子与瓜子学号：87654321仅供学习与参考，努力才是王道！5试验步骤或程序进行退火低碳钢试样的试验。第一步，首先对试样进行编号，对1号试样进行原始横截面积（oS）的测定。在退火低碳钢试样标距两端及中间三处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算数平均值do，取用三处测得的最小横截面积。按照下式计算oS：214oSdπ=测量每个尺寸应该精确到±0.5%。第二步，使用划线器在试样上标出试样的标距oL。第三步，检查试验机的夹头以及功能是否运转正常。在运转正常后开机预热十分钟。将引伸计固定于标距之间，同时，将试样安装卡紧于拉伸试验机的夹头之间，实验中使用引伸计来检测试样的变形量，应保证引伸计标距应等于试样原始标距。载荷传感器安装在固定于试验机中可移动的下横梁与下夹头之间。第四步，将低碳钢的夹持部分与夹头紧密夹合。先夹持上夹头，保持试样轴与力轴重合，之后通过控制盒面板手动操作试验机的上夹头下移，待上、下夹头的位置适当，并且能够保证力轴与试样轴重合时，力清零，消除试样自重后下夹头夹紧试样。第五步，设置实验参数，设置实验类型为拉伸试验，将载荷与位移的数值清零，选择等位移的控制方法，设置试验机的拉伸速率为6mm/min，点击“实验开始”按钮，这时开始实验，此时，在屏幕上显示载荷-下横梁位移量关系曲线。观察低碳钢试样在试验过程中的变化。当曲线趋于平缓，因而载荷量达到最大值时，从试样上摘下引伸计，避免遭到破坏。第六步，继续进行实验，观察试样缩颈，直至试样断裂，计算机自动终止实验，小心取下试样，观察试样断口形貌，可以观察到试样的剪切唇。在试样拉断后，记录电脑屏幕上所显示的载荷-位移曲线。第七步，将试样断裂的部分仔细的配接在一起，使两个半试样的韧窝断口能够恰好的吻合，并使两个半试样的轴线处于同一直线上。在缩颈最小出互相垂直方向测量直径，取其算数平均值计算最小横截面积uS。断裂后最小横截面积的测定应准确到±2%。第八步，用游标卡尺测量断后的标距划线处的长度uL。在不同的位置测量六次，取其平均值，这个数值减去原始标距oL，再除以oL便得到断后延伸率A。清零载荷，之后重复上述实验过程进行2号，3号碳钢试样的测试。5班级：cailiao姓名：柚子与瓜子学号：87654321仅供学习与参考，努力才是王道！6试验数据处理方案按照下表对性能结果数值进行修约：表3性能结果数值修约参照表性能范围修约间隔,eLmRR≤200N/mm2＞200N/mm2~1000N/mm2＞1000N/mm21N/mm25N/mm210N/mm2A,Z——0.5%6.1断面收缩率的计算：原始横截面积（oS）与断后最小横截面积（uS）之差除以原始横截面积的百分率便得到断面收缩率Z。ouoSSZS−=断后伸长率的计算：总延伸中扣除弹性延伸部分再减去原始标距即得到断后伸长率。uooLLAL−=根据国标要求对断面收缩率和断后伸长率进行修约处理。即按照表3性能结果数值修约参照表进行修约处理。6.2下屈服强度（eLR）的测定：根据图解方法来进行测定：从实验时记录的力-位移曲线图进行读取。读出曲线图上不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台上的恒定力。将其除以试样原始横截面积（oS）得到上、下屈服强度。mineLoFRS=根据表3对eLR进行修约处理。6.3抗拉强度（mR）的测定：从记录的力-位移曲线图，读取实验过程中的最大力，最大力除以试样原始横截面积6班级：cailiao姓名：柚子与瓜子学号：87654321仅供学习与参考，努力才是王道！（oS）得到抗拉强度（mR）。根据表3对mR进行修约处理。6.4应变硬化指数与应变硬化系数的计算：根据记录的载荷-位移曲线，在origin软件上进行计算应力-应变曲线的计算，应力0FSσ=，应变oLLε∆=，其中F为曲线上所对应的各个点的载荷，L∆为曲线上的横坐标值。对照图1的应力-应变曲线的强化阶段，确定试验得到的应力-应变曲线的强化阶段，将这个阶段的数据点按照如下公式进行处理：(1)1tσεσε+=−ln(1)tεε=+按照Hollomon公式tntkσε=，左右取对数得到：lnlnlnttnkσε=+。对得到的tσ和tε均取对数，按照得到的新的数据点绘制成lnlnttσε−曲线，之后通过origin软件进行线性回归。则得到的斜率便是应变硬化指数n，而截距便是lnk，稍加整理便可以得到应变硬化系数k。7数据记录与处理7.1原始数据经过测量，可得到1、2、3号试样的原始实验数据,ooLd数据如下：表4原始实验数据表试样序号原始标距oL/mm原始半径od/mm上端测量中端测量下端测量平均值一次二次一次二次一次二次150.010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.00250.010.0010.0210.0010.0010.0010.0010.00350.09.909.909.909.909.969.969.92根据国标，R4试样的原始直径d0应该满足尺寸公差要求9.93mm≤d0≤10.07mm，从上表中可以看出，1、2号试样的原始半径满足要求，而3号试样的原始半径没有满足这个要求。根据原始半径数据，可以分别求出三个试样原始横截面积的大小，以1号试样为例：222111110.0078.5044ooSdmmππ==××=则2号和3号试样的原始横截面积分别为：7班级：cailiao姓名：柚子与瓜子学号：876