金属材料静态拉伸试验

实验报告姓名班级学号成绩实验名称金属材料静态拉伸试验实验目的使学生进步深入了解材料在静拉伸条件下拉伸曲线的测试，表征的主要力学性能指标，力学性能指标的计算方法、物理意义及其在工程应用中的应用。掌握金属材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率的测试与计算方法，并了解这些指标在工程应用中的实际意义。实验设备1、 电子拉伸材料试验机一台，型号CSS-88100；2、 位移传感器一个；3、 刻线机一台；4、 游标卡尺把；试样示意图图1图1圆柱形试样示意图试样宏观断口示意图剪切唇1、放射区纤维区2、与轴线45度方向剪切唇1、放射区纤维区2、与轴线45度方向20#钢（正火态）宏观断口示意图铝合金宏观断口图试验拉伸图图2铝合金试样静拉伸断裂和断口图（断口为和试样中轴线大约成45。角的纤维状断口，没有颈缩，应该为为切应力达到极限，发生韧

性断裂。图320#钢（正火态）静态拉伸断裂和断口图（20#钢试样在拉断之后，断口附近明显产生颈缩。断口处可以看出有三个区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏，有较大的塑性变形；2.放射区，表面较光亮平坦，有较细放射状条纹；3•剪切唇，轴线成45°角左右的倾斜断口。

原始数据记录1、表1试样的原始始直径测量数据左 中 右 平均值8.70 8.72 8.68铝合金 8.68 8.70 8.70 8.698.64 8.72 8.709.90 10.00 10.0020#钢 9.92 10.00 10.00 9.9710.00 10.00 9.92试样的原始标距L。50mm2、表2铝合金拉断后标距测量数据记录（单位：mm）AB BC AB+2BC 平均12.32 23.16 58.6424.02 17.46 58.94 58.79铝合金拉断后的断面直径平均值7.96mm3、20#钢拉断后的平均标距为Lu=69.53mm断口的直径平均值为du=6.00mm。数据处理1、20#钢(正火态)试样(有明显屈服平台的材料)20#钢正火材料试样的载荷-位移曲线见图4。由图4可得各特征载荷值及对应的位移值：比例伸长力F=20.6kNp

下屈服力F—24.5kNel最大载荷F=37.5kNm

断裂载荷F—27.1kNF断裂后塑性伸长AL—21.4mmF

断裂后弹性伸长AL-2.4mme(2)计算各强度指标比例强度:F— p=S04Fp兀d204x206-GPa=263.9MPa兀-9.972下屈服强度:Rel4x245-GPa=313.8MPaS兀x9.9720抗拉强度:Fm 4x375一———GPa=480.6MPaS 兀x9.9720断裂强度:(3)计算塑性指标ACU1Y—GPa=347.1MPaS兀x9.9720(断后伸长率和断面收缩率)断后伸长率:L-T 6953-50A—r__0x100%— x100%—39.06%L 500断面收缩率:S-SZ—-0 -ux100%—S0

1兀d2-1兀d24 1—4匕X100%兀d2409.972-6.0029.972 x100%—6'78%2、铝合金试样(不具明显的屈服平台)铝合金材料试样常温拉伸实验载荷-位移曲线如图5。由于铝合金材料不具有明显的物理屈服平台，其屈服强度一般定义为“规定非比例延伸强度”R。即在横轴上取应变为0.2%的点，过该点作平行于载荷-位移曲线弹性p0.2段的直线线与载荷-位移曲线相交，交点对应的载荷值即为F。则条件屈服强度Rp0.2p0.2FR=—p92p0.2 -0段的直线线与载荷-位移曲线相交，交点对应的载荷值即为F。则条件屈服强度Rp0.2p0.2FR=—p92p0.2 -0(2)由图5可得各特征力值分别为:为:比例伸长力F=19.0kN；p条件屈服载荷F—25.7kN；p0.2最大力F—34.6kNm(3)由各特征力值求得各强度指标为:口宀 F 4F 4X19.0比例强度：R——p— p— GPa=320.3MPapS兀d2兀x8.69200由公式申得，条件屈服强度：Rp0.2F 4F 4X25.7p02—p02— GPa=433.3MPa- 兀d2兀x8.69200F 4X346抗拉强度：R—f— ?GPa=583.4MPam-兀x8.6920(4)计算塑性指标(断后伸长率和断面收缩率)：断后伸长率:L—L 58.79—50A——u0x100%— x100%—17.58%L 500断面收缩率:S-S-sZ—-9-uX100%—

s0-兀d2—-兀d241一4 -X100%兀d24o8.692-7.962X100%—16.10%8.692两种材料的常温拉伸实验数据如下：表320#钢正火态试样常温静态拉伸实验数据表初始截面积So(mm2)初始标距Lo(mm)断后伸长率A(%)比例伸长力Fp(kN)下屈服力Fel(kN)取大力Fm(kN)断裂力FF(kN)78.0750断后标距39.0620.6比例强度24.5下屈服强37.2抗拉强度27.1断裂强度断后截面积断面收缩率Z(%)Su(mm2)Lu(mm)Rp(MPa)度Rel(MPa)Rm(MPa)RF(MPa)28.2769.5363.79263.9313.8476.5347.1表4铝合金试样常温静态拉伸试验数据表初始截面积So(mm2)初始标距Lo(mm)断后伸长率A(%)比例伸长力Fp(kN)条件屈服力Fp0.2(kN)最大力Fm(kN)59.3150.0017.5819.025.734.6断后截面积断后标距断面收缩率比例强度条件屈服强度抗拉强度Su(mm2)Lu(mm)Z(%)Rp(MPa)Fp0.2(MPa)Rm(MPa)49.7658.7916.10320.3433.3583.4实验分析与误差1、 实验分析本实验是金属材料的静态拉伸实验。用CSS-88100电子万能试验机分别对铝合金和20#钢试样进行静态拉伸实验，并测绘出不同试样的载荷-位移曲线，从中读出20#钢的屈服强度Rel、抗拉强度Rm和铝合金的条件屈服强度Rp、抗拉强度Rm。从而计算出两者的塑性指标断后延伸率A和断面收缩率乙对拉伸断口进行观察分析，了解两种不同材料的不同断裂方式和断裂特点。2、 主要误差来源人为误差：刻画标距时产生误差，测量试样的长度和直径时产生误差，作图时产生误差。仪器固有误差：拉伸试验机的自身的固有误差，以及测量游标卡尺的误差；计算误差：在计算过程中保留有效数字时产生误差。3、实验设备及特征本次静态拉伸实验的拉伸设备是CSS-88100电子万能试验机，它具有高性能的负荷机架，先进的机械传动机构，适用于金属、非金属、复合材料的拉伸、压缩、弯曲试验。可对试验数据实时采集、运算处理、实时显示并打印结果报告。程序具有采集数据、绘制曲线、曲线局部放大或缩小、曲线单显或多条曲线叠加对比、打印预览及人工有效修订数据等功能。提高金属材料的屈服强度有哪些方法？使用已学过的专业知识就每种方法各举一个例子。答：1）固溶强化：材料表面进彳丁渗碳、渗氮等提咼材料的屈服强度。2） 形变强化：汽车外壳采用冲压技术提高强度。3） 沉淀强化和弥散强化：粉末冶金。4） 晶粒和亚晶强化：材料的高温退火处理，减小晶粒，提高强度。（3）为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率这两个指标来衡量？他们在工程上有什么实际意义？答：为了确定材料的塑性变形能力以及量化比较其塑性变形能力，而且保证塑性的度量标准真正反映材料本身的塑性好坏，而不受试样的长度和几何形状的影响，故米用延伸率和断面收缩率这两个指标来衡量。断后延伸率越大，断面收缩率越大，材料的塑性就越好，反之相反。而且实验表明：断面收缩率和材料的缺口敏感度有一定的关系，断面收缩率较低时，材料就对缺口比较敏感。

实验报告三姓名坚永鑫班级材料94 学号2009021088成绩实验名称金属材料形变硬化指数(n)的测定实验目的1•学会根据实验数据绘制条件应力一条件应变曲线2•熟悉根据拉伸实验的条件应力一应变曲线计算形变硬化指数。实验设备1、 电子拉伸材料试验机一台，型号CSS-88100；2、 位移传感器一个；3、 千分尺一把；试样示意图见实验图1实验拉伸图见实验图4和图5实验数据处理1、20#钢(正火态)试样形变硬化指数计算根据图5,在均匀塑性变形阶段等间隔取6个测量点，记录其载荷和对应的位移：表520#钢正火态试样形变硬化指数计算取点的载荷与位移值取点编号 123456载荷Fi(kN) 28.932 33.196 35.599 36.823 37.364 37.468位移ALi(mm) 4.173 6.141 8.382 10.735 13.203 15.547由表5中的载荷和位移值计算其对应的真实应力根据均匀塑性变形体积不变原则，SL=SL(i=1,2, ,6)00 iiSl —d2L则各点处的真实截面积为：S-出-400iL L+ALi 0 i所以，真实应力为：a-.-4£([+¥)iS 兀d2Li 0 0由上式，得表6：表620#钢正火态试样各点真实截面积和真实应力值取点编号 123456真实截面积Si(mm2) 72.06 69.53 66.86 64.27 61.76 59.55真实应力"(MPa) 401.5 477.4 532.4 573.1 605.0 629.2（3）计算20#钢（正火态）试样的形变硬化指数和强度系数根据Holloman公式，即◎二ksn Qb:真实应力（MPa）；s:真实应变；k:强度系数（MPa）；n:硬化指数将上式两边取对数得，lglgk+nIgs Q所以，只要通过作lgc-lgs曲线，拟合直线，得到的直线斜率就为硬化指数n。根据s吕计算真实应变，得到表7数据：iL0表720#钢（正火态）试样拉伸的lgb-lgs值取点编号123456应变£0.0830.1230.1680.2150.2640.312lg£-1.081-0.910-0.775-0.668-0.578-0.506IgG2.6042.6792.7262.7582.7822.799使用最小二乘法，得到lgc-lgs的拟合曲线，如图8：2.852.8lgb2.752.852.8lgb2.752.72.652-1.1 -1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4lgs :图820#钢正火态试样最小二乘法拟合lgo-lg£的曲线根据图线，得到直线斜率n=0.337，截距为lgk=2.978，所以k=950.6MPa即20#钢正火态试样形变硬化指数n=0.337，强度系数k=950.6MPan值的标准偏差S（n）=0.0190，相关度Q=0.994S所以n值的变异系数为：V（n）=+=0.0190^0.337=0.056。n2、时效铝合金试样形变硬化指数计算同20#钢(正火态)试样形变硬化指数方法类似，在图7中取6个测量点，记录每个点的载荷及对应位移，得表9表9时效铝合金试样形变硬化指数计算相应数据表取点编号载荷Fi(kN)位移ALi(mm)真实截面积Si(mm2)真实应力Gi(MPa)真实应lgG£变ilg£124.9893.53255.40451.10.071-1.1492.654228.3995.03253.89527.00.100-1.0002.722331.0696.67152.33593.70.133-0.8762.774432.8908.30250.86646.30.166-0.7802.810534.07310.03249.40689.70.201-0.6972.839634.63311.86547.94722.40.237-0.6252.859使用最小二乘法,得到lgb-lg£的拟合曲线，如图9,2.92.852.8lgb2.752.7-1.3 -1.2 -1.1 -1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6lg&图9时效铝合金最小二乘法拟合IgG-lg£的曲线根据图线，得到直线斜率n=0.394,截距lgk=3.113,所以k=1297.2MPa即20#钢(正火态)试样形变硬化指数n=0.394，强度系数k=1297.2MPan值的标准偏差S(n)=0.0174，相关度Q=0.997。S所以n值的变异系数为：V(n)=+=0.0174^0.394=0.044。n表10两种材料的形变硬化指数计算结果材料形变硬化指数n强度系数k(MPa)变异系数V(n)线性相关度Q20#钢0.337950.60.0560.99