北京科技大学材料力学性能试验1

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1、北京科技大学材科1005班XXX材料力学性能试验低碳钢拉伸试验报告 低碳钢拉伸试验报告XXX北京科技大学材料科学与工程学院材科1005班一、试验目的与要求1. 测定低碳钢在退火、正火和回火三种不同热处理状态下的强度与塑性。2. 测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。相关实验任务按照国标GB/T228-2002要求完成。二、试验内容通过室温拉伸实验测试三种不同热处理状态下的屈服强度、抗拉强度、断后伸长 率、断面收缩率，并通过Hollomon公式计算应变硬化指数和应变硬化系数，测 试过程执行GB/T228-2002。1. 实验材料与试样试验材料：退火低碳钢、正火低碳钢和淬火低碳钢。试验试样：在退

2、火、正火和回火低碳钢R4标准试样各一个。2. 实验设备与仪器游标卡尺，最高精度为0.02mm 划线器，标记准确到1% 引伸计，标距50mm万能材料试验机WDW-200D。主要性能指标如下：最大载荷200KNI试验力精度优于示值得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：分辨率为0.001mm横梁速度范围：0.005mm/min-500mm/min，无级，任意设定夹具形式：标准楔形拉伸附具、压缩附具、弯曲附具载荷传感器：0.5级3. 试验步骤a）给三个试样编号。b）用游标卡尺测量试样的原始直径d0II,并检

3、测是否满足R4标准试样公差要求 III。c）用划线器标识试样的原始标距L0。d）装卡引伸计并安装试样。e）调试程序并开始测试IV。I低碳钢回火后的抗拉强度在600MPa左右，R4标准 试样的直径为10mm，估计最大试验力F=600xl06xn（10xl03）2=47kN200kN 故200KN满足实验需要。1411原始直径d0测量方法为：用游标卡尺在等直段上 选取试样的两端和中央的三个截面，每一个截面沿互相垂直的两个方向测出直 径，取最小直径计算截面积SO。III按照国标GB/T228-2002规定，R4标准试样的尺寸公差为土0.07mm，形状公差 为 0.04mm。IV按照国标GB/T228

4、-2002规定，材料弹性模量150000N/mm2时，应力速度最 小为 6(N/mm2)s-1，最大为 20(N/mm2)s-1北京科技大学材科1005班XXX材料力学性能试验低碳钢拉伸试验报告f)g)h)i)j)当载荷达到最大时取下引伸计V。继续加载直至试样断裂，取下试样。用游标 卡尺测量断后最小直径du和断后标距长度LuVI。对其他试样重复上述步骤。处 理实验数据VII三、实验数据1. 试样原始直径测量： 试样编号1 10.042 10.003 9.98表1试样原始直径测量数据试样原始直径d0/mm试样原始截面积S0/mm210.02 10.04 10.02 10.02 10.00 78.

5、54 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 78.54 9.98 10.00 10.00 10.00 9.98 78.231其中试样截面积S0=4nd02由于每个试样的最大与最小直径差不超过0.04mm，故全部试样均满足R4标准试 样的公差要求。2. 试样断后直径测量：表2试样的断后直径测量数据试样编号试样断后直径du/mm du平均值/mm最小截面积Su/mm21 5.70 5.70 5.76 5.72 5.72 5.70 5.72 25.672 6.08 6.06 6.06 6.02 6.00 6.06 6.05 28.723 5.50 5.52 5.54 5.58

6、5.50 5.53 24.00 计算三个试样的断后直径测量误差： 1号试样：Adu(5.705.72)2+(5.705.72)2+(5.765.72)2+(5.725.72)2+(5.725.72)2+(5.705.72)2=61=0.02mm考虑到游标卡尺的测量精度为0.02mm： Adu=0.03mmAdu0.03=0.5%vl% du5.72故测量结果满足国标GB/T228-2002中的要求。V取下引伸计的目的是防止引伸计超出量程而损坏，取下引伸计后应变数据由位 移传感器提供。VIdu与lu测量方法为：将试样仔细拼接在一起，使其轴线处于同一直线上测量Lu，在颈缩最小的截面上取相互垂直的方

7、向测量du。VII 按照国标 GB/T228-2002 规定，Rel, Rm 在 200N/mm2-1000 N/mm2 范围内时，修约间隔为5 N/mm2, A的修约间隔为0.5%, Z的修约间隔为0.5%。北京科技大学材科1005班XXX材料力学性能试验低碳钢拉伸试验报告2号试样：Adu(6.086.05)2+(6.066.05)2+(6.066.05)2+(6.026.05)2+(6.006.05)2+(6.066.05)2=61=0.03mm考虑到游标卡尺的测量精度为0.02mm： Adu=0.03+0.02=0.04mmAdu0.04=0.7%1% du5.53故测量结果满足国标GB

8、/T228-2002中的要求。3号试样：Adu (5.505.53)2+(5.525.53)2+(5.545.53)2+(5.585.53)2+(5.505.53)2= 51=0.03mm考虑到游标卡尺的测量精度为0.02mm： Adu=0.03+0.02=0.04mAdu0.03=0.5%1% du5.72故测量结果满足国标GB/T228-2002中的要求。3. 试样断后标距测量：表3试样的断后标距测量数据试样编号试样断后标距Lu/mm1 69.24 69.34 69.22 68.24 67.86 68.12 68.16 68.12 3VIII以2号试样计算断后标距测量误差：ALu68.24

9、 -Lu平均值/mm69.26 68.12 -(68.2468.12)2+(67.8668.12)2+(68.12-68.12)2+(68.1668.12)2+(68.12-68.12)2+(68 .2468.12)2=6l=0.14mm0.25mm故测量结果满足国标GB/T228-2002中的要求。4. 由试验机直接得到的数据：表4由试验机直接得到的测量数据 试样编号1 2 3VIII IX下屈服强度Rel/Mpa测量数据修约数据284.8 285 279.2 280 353.3 355IX抗拉强度 Rm/Mpa测量数据修约数据437.4 435 446.9 445 568.0 5703号试

10、样为低碳钢淬火试样，在拉伸过程在试样等直段头部断裂，故无法获得断 后标距数据。3号试样位低碳钢淬火试样，无明显屈服平台，故采用Rp0.2位屈服强度 北京科技大学材科1005班XXX材料力学性能试验低碳钢拉伸试验报告四、数据处理1. 屈服强度与抗拉强度屈服强度(下屈服强度)与抗拉强度由试验机直接读出三个试样的屈服强度与抗 拉强度数据已经列于表4中。2. 断后伸长率LuL0A= L0试样 1： L0=50.0mm， Lu=69.26mmA=试样 2： L0=50.0mm， Lu=68.12mmA=68.1250.0=36.2% 修约后，A=36.0% 50.069.2650.0=38.5% 修约后

11、，A=38.5%50.0试样3：无法获得断后标距，故无法计算断后伸长率。3. 断面收缩率Z=试样 1： S0=78.54mm2, Su=25.67mm2Z=78.5425.67=67.3% 修约后，Z=67.5% 78.54S0Su S0试样 2： S0=78.54mm2，Su=28.72mm2Z=78.5428.72=63.4% 修约后，Z=63.5% 78.54试样 3： S0=78.23mm2, Su=24.00mm2Z=78.2324.00=69.3% 修约后，Z=69.5% 78.234.应变硬化指数与应变硬化系数 真应力：S=O（l+）真应变：e=J均匀塑性变形服从Hollomon

12、公式：S=KenlnS=lnK+nlne从应力-应变曲线的均匀塑性变形阶段选取部分数据点，求得lnS和lne，lnS-lne 曲线的斜率就是应变硬化指数n,截距是lnK，由lnK即可求得应力应变系数 K。dl（l+s） =ln 1101北京科技大学材科1005班XXX材料力学性能试验低碳钢拉伸试验报告 试样1：根据载荷-变形数据X,计算应力应变数据，做出应力应变曲线（图1）,选取应 变在4.4%13.4%之间的1360组数据（此阶段对应均匀塑性变形阶段），计算对 应的真应力、真应变，做出lnS-lne曲线，使用origin进行线性拟合，结果如图2 所示。图1试样1拉伸过程的应力应变曲线图2试样

13、1的lnS-lne拟合直线图拟合直线方程为：lnS=0.263lne+6.738,线性相关系数R2=0.9971,由线性拟合结 果可知，应变硬化指数n=0.263,应变硬化系数K=e6.738=857MPa X数据来源为 WDW-200D万能力学试验机所得载荷-变形数据，取下引伸计前变形数据由引伸 计提供，取下引伸计后由位移传感器提供。北京科技大学材科1005班XXX材料力学性能试验低碳钢拉伸试验报告 试样2：根据载荷-变形数据，计算应力应变数据，做出应力应变曲线（图3）,选取应变 在4.0%12.0%之间的1288组数据（此阶段对应均匀塑性变形阶段），计算对应 的真应力、真应变，做出InS-

14、lne曲线，使用origin进行线性拟合，结果如图4所 /示O图3试样2拉伸过程的应力应变曲线图4试样2的lnS-lne拟合直线图拟合直线方程为：lnS=0.268lne+6.7709，线性相关系数R2=0.9972，由线性拟合 结果可知，应变硬化指数n=0.268，lnK=6.7709，应变硬化系数K=e6.709=872MPag口Uh&14iW42-3 5-24乜幅-7*Ine-北京科技大学材科1005班XXX材料力学性能试验低碳钢拉伸试验报告 试样3：根据载荷-变形数据，计算应力应变数据，做出应力应变曲线（图5）,选取应变 在0.14%1.35%之间的508组数据（此阶段对应均匀塑性变形

15、阶段），计算对应的真应 力、真应变，做出InS-lne曲线，使用origin进行线性拟合，结果如图6所示。 图5试样3拉伸过程的应力应变曲线图6试样3的lnS-lne拟合直线图拟合直线方程为：lnS=0.205lne+7.043,线性相关系数R2=0.9994,由线性拟合结 果可知，应变硬化指数n=0.205，lnK=7.042,应变硬化系数K=e7.043=1145MPa北京科技大学材科1005班XXX材料力学性能试验低碳钢拉伸试验报告五、误差分析1. 屈服强度ReL=有：AReLAPAS0APAd0=+=+2 ReLPSOPdO试验机的试验力准确度优于0.5%，故AP0.5% P游标卡尺的最小分辨率：Ad0=0.02mm所以：AReLReL(0.5%+2试样 1： d0=10.00mm, ReL=284.8MPaAReL284.8MPax(0.5%+2