实验一 低碳钢拉伸试验

1、低碳钢拉伸试验姓名:班级:日期: 指导老师: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、试验要求按照相关国标标准（GB/T228-2002 :金属材料室温拉伸试验方法）要求完成 实验测量工作。三、试验材料与试样本次试验的三个试样分别为经过退火、正火和淬火三种不同热处理的低碳 钢试样。退火是指将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却 的热处理工艺。其组织晶粒细小均匀，碳化物呈颗粒状，分布均匀。正火是指将钢件加热到上临界点（A或A ）以上3050C或更高的温度， 保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却

2、的热处理工艺。其组织可能是珠光体、 贝氏体、马氏体或它们的混合组织，它的晶粒和碳化物细小（比退火的晶粒更细 小），分布均匀。退火可消除过共析钢的网状二次碳化物。淬火是指将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷 却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、下贝氏体的热处理工艺。其 组织可能为片状马氏体、板状马氏体、片状下贝氏体或它们的混合组织。其组织 是细小的马氏体及少量残余奥氏体，不存在先共析铁素体。试样要进行机加工。平行长度和夹持头部之间应以过渡弧连接，试样头部 形状应适合于试验机夹头的夹持。夹持端和平行长度之间的过渡弧的半径应为： N0.75d 即 7.5mm。本次试验采

3、用的试样编号为R4,直径是10 mm，原始标距为50mm，平行长度 L N55mm。e -试样的精度要求包括直径的尺寸公差为土 0.07mm形状公差即沿试样的 平行长度的最大直径与最小直径之差不应超过0.04mm。四、实验测量工具、仪器与设备根据国标要求，对于比例试样，应将原始标距的计算值修月之最接近5mm 的倍数，中间数值向较大一方修约，原始标距的标记应准确到1%，即土0.5mm。 测量原始直径的分辨率不大于0.05mm。实验的温度应为10C-35C，实验机的 应变速率为0.00025/s-0.0025/s，实验过程中所需最大实验力为47.1KN，均匀 最大变形量可达30%以上。试验机应为或

4、优于一级，引伸计应不劣于二级。测 量装置测定断后标距应准确到土0.25mm，此次实验采用精度为0.02mm的游标卡 尺来测量，能符合国标要求。测量断后最小横截面积时，所得最小横截面积应准 确到土 2%。因而此次实验量工具、仪器与设备有：五十分度游标卡尺（0.02mm,20cm）、电子万能试验机、引伸计。本次试验的直接测量量有：游标卡尺用来刻划原始标距，量原始试样截面直径、后颈缩最小处截面的 直径和试样断后标距。电子万能试验机的载荷传感器用来测量拉伸过程试样所受到的轴向载荷。引伸计用来测量试样在拉伸过程中的微小伸长量。电子万能试验机的参数：最大试验力：200KN (大于47.1 KN)试验力准确

5、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衡量速度范围：0.005mm/min-500mm/min五、试验步骤1.试件准备给三个试样编号，在每个试样原始标距范围内分别测量试样的 两端及中央三个截面的直径，且在每一截面取互相垂直的两个方向各测量一次， 得到数据后看数据是否符合公差要求，若符合则计算各截面的平均值，取其中最 小者作为计算直径d，再算出试样的初始横截面面积S ；若不符合，重新测。沿每个试样平行长度范围内的两端涂色，用划线机刻划原始标 距L =50mm的两条标记

6、线，在一个试样两端上做三个这样的标距，每个间隔10mm。0 2.试验机准备试验机的位移速度调至8min/mm。安装试件及引伸计首先取一号试样，将试样安装在引伸计上，试样两端用皮筋固定好， 引伸计装好后要调整指针使之位于刻度零点。测试开动试验机。开始时缓慢加载，注意加载的载荷变化和自动绘图的情况。加载过程中，从绘图中观察屈服时的载荷。当载荷出现下降或曲线发生 弯折时，说明材料发生屈服。屈服阶段后，注意观察曲线，当载荷随试样伸长达到最大出现下降时， 取下引伸计。继续加载，注意观察试样变化，特别是颈缩现象。加载至试样被拉 断时，停下试验机，卸下试样。按24步骤测试其他试样将试样断裂的部分仔细配接在一

7、起使其轴线处于同一直线上，之后测 量。试样断后标距L在颈缩最小处相互垂直方向测量直径，取其算术平均 值计算最小横截面面积us，得到数据后看数据是否符合公差要求，若符合，记录 下来；若不符合，重新测L获得的数据及曲线拷贝下来。整理仪器。六、数据处理从电脑绘图中读出屈服期间不计初始瞬时效应的最小载荷PeL并记录下来。再读出整个图的最大载荷P。计算断后伸长率A及端而收缩率Z应用公式：Z=(SS)/ S*100%A=(L0- L)/ L*100%计算下屈服强度UP 00,.eL应用公式：R广PeL/ S0计算抗拉强度R应用公式：R=P：/ S0计算应变硬化指数n和应变硬化系数K均匀地选取材料均匀变形阶

8、段(屈服阶段后载荷达最大载荷前的阶段)中 的六次数据载荷P及应变e,计算六次数据的真应力S,以lne为横坐标， 以lnS为纵坐标作直线图。直线的斜率即为n,直线的截距即为lnK，由 此可计算出K。1、实验数据记录表格及计算结果表1试样原始尺寸测量记录表试样标号原始标距L0 (mm)试样初始截面直径d0 (mm)试样原始截面 面积S0(mm2)上端测量中间测量下端测量第一次第次平均值第一次第次平均值第一次第次平均值1509.949.949.949.949.969.959.969.969.9677.5629.949.929.939.929.929.929.929.929.9277.253609.9

9、89.969.979.969.949.959.949.949.9477.56其中，S0=nd02/4初始截面的富大直径与最小直径之差分别为0.02mm、0.02mm、0.04mm，都没有超 过 0.04mm。表2 试样断后尺寸测量记录表试样标号拉断后标距Lu测量(mm)断后截面直径门测量(mm)试样断后截面面枳S (mm2)第一次第一次平均值第一次第一次平均值162.6262.0662.346.02/5.925.92/5.965.9727.98269.6269.7269.4269.4869.3469.3269.485.50/5.465.52/5.505.48/5.485.52/5.485.50

10、/5.485.4923.66387.1686.7286.945.80/5.745.82/5.805.7926.32其中，Su= n du2/4Z=试样1：77.56 - 27.9877.56x 100% = 63.9%表3强度、塑性指标的计算结果记录表试样标号屈服极限/MPa强度极限/MPa断面收缩率/%断后伸长率/%修约前修约 后修约前修约 后修约.、L 刖修约 后修约.、L 刖修约 后1401.4286400623.747362563.9%64.0%24.7%24.5%2234.0973235401.289340069.4%69.5%39.0%39.0%3296.0167295442.62

11、6944566.1%66.0%44.5%44.5%断面收缩率Z的计算:S SZ = 一U X100%S 0A=试样2：69.48 5050 x 100% = 39.0%77.25 - 23.66Z =X100% = 69.4%试样2:77.2577.56 26.32Z x100% = 66.1%试样 3:77.56断后伸长率A的计算：L -LA = 一0 X100%L 0试样1：A = 623450 X100% = 24.7% 5086.72 60Ab。=x100% = 44.5%试样3：60（注：50mm的线看不清，这里以60mm为原始标距）应变硬化指数和系数的计算数据表中给出的数据为拉伸过

12、程的变形量AL和拉伸力P的值，工程应变和应力的计算式为:工程应变: =X100%L 0Pb =工程应力：S 0真应变和真应力的计算公式为:真应变:e = ln (1 + )真应力:S =b(1 + )a、试样1： 拉伸曲线为700. 001111由上图知，试样1的均匀变形 W在此范围内均匀取六个点: 19.80暨顾试样1阶段为的原始横截面面积为S =77.56mm2,L =50mm。 工程应变在、的8.80%的范围内的阶段，变形量/mm /%P/Na /MPaS/ MPae/%lnelnS0.75111.5037269480.52487.731.49-4.216.191.35172.70416

13、18536.59551.082.66-3.636.312.10214.2044956579.63603.974.11-3.196.402.85105.7046844603.97638.405.54-2.896.463.6007.2047874617.25661.696.95-2.676.494.3508.7048346623.34677.578.34-2.486.52拟合曲线为拟合直线的斜率极为n, n=0.192, lnK=7.007,K=1104MPa.b、试样2： 拉伸曲线为460.00414.00368.00322.00276.00230.00184.00138.0092.0046.

14、000.000.004.408.809513.2017. 6022.0026.4030.8035. 2039.6044.00试样2的原始横截面面积为S77.25mm2,Lo=50mm。由上图知，试样1的均匀变形阶 段为工程应变在4.40%-22.00%的范围内的阶段，在此范围内均匀取六个点：变形量/mm /%P/Na /MPaS/ MPae/%lnelnS2.25124.5024502317.18331.454.40-3.125.804.00198.0028164364.58393.757.70-2.565.985.751611.5029847386.37430.8010.89-2.166.0

15、77.499315.0030618396.35455.8013.98-1.976.129.251918.5030944400.57474.6816.97-1.776.1611.009222.0231011401.44489.8419.90-1.616.19拟合曲线为拟合直线的斜率极为n， n=0.257，lnK=6.618,K=748MPa.c、试样3：拉伸曲线为MPa50.00试样3.的原始横截面面积为S.=77.56ffiffl2,L =50mm。由止图知,试样晶的均匀变形阶 段为工程应变在4.20%-21.00%的范围内的阶段，在此范围内均匀取六个点：变形量/mm /%P/NO /MPa

16、S/ MPae/%lnelnS2.14904.3027377352.98368.164.21-3.175.913.80377.6131191402.15432.757.33-2.616.075.452210.9132977425.18471.5710.35-2.276.167.099914.2033833436.22498.1613.28-2.026.218.747717.5034225441.27518.4916.13-1.826.2510.400220.8034345442.82534.9318.90-1.676.28拟合曲线为InS-lne关系曲线及拟合直线. :1y = 0.246x

17、Z Z，由于三号试样是以 60mm为原始标距时：因此断后伸长率在评价试样塑性时参1 考价值不大。R、R 是试样的强度指标，Z、A是试样的塑性指标。因而：el m试样1是淬火低碳钢试样，淬火工艺是水冷或油冷，冷却速率最快，其试样硬 度最高，强度最高，塑性最差。试样2是退火低碳钢试样，退火工艺是炉冷，冷却速率最慢，其试样硬度最小， 强度最小，塑性最好。试样3是正火低碳钢试样，正火工艺是空冷，冷却速率介于淬火和正火之间， 其试样硬度、强度和塑性也介于淬火和正火之间。由上述知：n n3n3,则三种钢的应变硬化能力及塑性：试样2试样3试样1. 这与上面得到的结论一致。七、实验结论试样1是淬火低碳钢试样，

18、淬火工艺是水冷或油冷，冷却速率最快，其试样 硬度最高，强度最高，塑性最差，应变硬化能力最差。试样2是退火低碳钢试样，退火工艺是炉冷，冷却速率最慢，其试样硬度最 小，强度最小，塑性最好,应变硬化能力最好。样3是正火低碳钢试样，正火工艺是空冷，冷却速率介于淬火和正火之间，其试样硬度、应变硬化能力、强度和塑性也介于淬火和正火之间。八、误差分析断后伸长率AA=(L- L)/ L*100%0乳I （划刻器精度），LL L 0L =0.25mm.AA =1 竺 I AL +1 兰 I AL =知 AL + AL 况0L0=0.5mma、试样1：AA =项 AL + 土 = 6234 x 0.5 + x 0

19、.25 = 1.75%L020 L 0U50250因此，试样1的断后伸长率为24.7%1.75%，修约后的值24.5%在这个范围内，因而该值 可靠。b、试样2：AA =虹 AL + AL = 6948 x 0.5 + x 0.25 = 1.89%L020 L 0 U 50250因此，试样2的断后伸长率为39.0%1.89%，修约后的值39.0%在这个范围内，因而该值 可靠。C、试样3：AA =项 AL + AL = 8694 x 0.5 + x 0.25 = 1.62% TOC o 1-5 h z L020 L 0 U 60260因此，试样3的断后伸长率为44.5%1.62%，修约后的值44.

20、5%在这个范围内，因而该值 可靠。Z=(S -S )/ S*100%=( d2- d2)/ d2断面收缩率Z0U0I Ad = 2 Ad + 也 Ad“U d 030d 02 U0 U08ZdZAZ =I I Ad 0+1 洲d=0.02mm（因为测量工具用的是精度为0.02mm的游标卡尺），d =1%da、试样1：AZ = 2 Ad + 性 Ad = 2 x5.972 x 0.02 + 2 x5.97 x 0.01x 5.97 = 0.87%d 030 d 02U9.9439.942因此，试样1的断面收缩率为63.9%0.87%，修约后的值64.0%在这个范围内，因而该值 可靠。b、试样2；

21、AZ = 2 Ad + 也 Ad = 2 x 5.492 x 0.02 + 2 x 5.49 x 0.01x 5.49 = 0.74%d 030 d02U9.9239.922因此，试样2的断面收缩率为69.4%0.74%，修约后的值69.5%在这个范围内，因而该值 可靠。c、试样3；AZ = 2 Ad + 包 d = 2 *5.792 x 0.02 + 2 X5.79 x 0.01 x5.79 = 0.82%d 030 d 02U9.9439.942因此，试样3的断面收缩率为66.1%0.82%,修约后的值66.0%在这个范围内，因而该值 可靠。屈服强度和抗拉强度R=P/ S。AR =1IAP

22、 +1 -8 I Ad = AP + 2 R 也 TOC o 1-5 h z 兀 d 02兀 d 030 兀 d 02d 0AR APAd=+ 20RPd 0因为PTU% (试验机的试验力准确度优于示值的0.5%)，则: HYPERLINK l bookmark119 o Current Document A R = AP + 2R 旦=f 0.5% + 2 业R 兀 d 02d 0 Id 0)1、屈服强度：A R =-兀d疽a、试样1：AP,el+ 2R ,el牛= d00.5% + 2 kAd 0、 d) 0Re lA R =-AP ,+ 2R ,Ad 0 =r0.5% + 2Ad 01r

23、R =e 兀 d 02eleld0kd 0)elk0 02 0.5% + 2 x 9.94 )x 401.4286 = 3.6225MPa因此，试样1的屈服强度为401.42863.6225MPa，修约后的值400MPa在这个范围内，因 而该值可靠。b、试样2：AR AP + 2R 当=0.5% + 2邑)R =0.5% + 2x些,234.0973 = 2.1235MPae兀d02a e d0 d0 ) e/ 9.92)因此，试样2的屈服强度为234.09732.1235MPa，修约后的值235 MPa在这个范围内，因 而该值可靠。c、试样3：AR AP + 2R，乂 = f0.5% + 2义)R =0.5% + 2x竺,296.0169 = 2.6713MPae/ 兀d02以 e/ d0d0 ) e/ 9.94)因此，试样3的屈服强度为296.01692.6713MPa，修约后的值295MPa在这个范围内，因 而该值可靠。2