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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！ 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 1035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-160(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/s0.0025/s 之间，平行长 度内的应变速
2、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 t n t k= 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
3、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：8
4、7654321 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： 在拉伸的初始阶段与的关系为直线 Oa，在这一阶段内，应力与应变成正比， 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（ eH R ）为试样发生屈服而力首次 下降前的最高应力。下屈服强度（ eL R ）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
5、 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（ uo LL ）与原始标距（ o L ）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（ ou SS ）与原始横截面积（ o S ） 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 t n t k= 中的应变硬化指数n和应变硬化系数k， 其中 t 为真应力， t 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
6、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
7、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 2 R4 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/mm R4 10 7.5 50 55 仲裁实验 Lo+2d 试样图纸如下图所示： 图
8、 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/T228-20
9、02中要求其分辨力应优于0.1mm或测量装置测定断后标距 u L准确到 0.25mm；原始标距 o L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
10、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 10 mm，故最大试验力为：600 MPa(10/2 mm)2=47.1 kN200 kN，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
11、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（ o S ）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 o S ： 2 1 4 o Sd= 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 o L。 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
12、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 6 mm/min，点击“实验开始”按钮，这时开始 实验，此时，
13、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 u S。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
14、的标距划线处的长度 u L。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 o L，再除以 o L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 , eLm RR 200N/mm2 200N/mm21000N/mm2 1000N/mm2 1 N/mm2 5 N/mm2 10 N/mm2 A,Z 0.5% 6.1 断面收缩率的计算： 原
15、始横截面积（ o S）与断后最小横截面积（ u S）之差除以原始横截面积的百分率便得 到断面收缩率 Z。 ou o SS Z S = 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。 uo o LL A L = 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（ eL R ）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 （ o S ）得到上、下屈服强度。 min eL
16、o F R S = 根据表 3 对 eL R 进行修约处理。 6.3 抗拉强度（ m R ）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！ （ o S）得到抗拉强度（ m R ） 。 根据表 3 对 m R 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 0 F S = ， 应变 o L L = ， 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
