北京科技大學(xué)材料力學(xué)性能試驗1——低碳鋼拉伸試驗

1、北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告 低碳鋼拉伸試驗報告XXX北京科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 材科1005班一、試驗?zāi)康呐c要求1. 測定低碳鋼在退火、正火和回火三種不同熱處理狀態(tài)下的強度與塑性。2. 測定低碳鋼的應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)。相關(guān)實驗任務(wù)按照國標(biāo) GB/T228-2002要求完成。二、試驗內(nèi)容通過室溫拉伸實驗測試三種不同熱處理狀態(tài)下的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長 率、斷面收縮率，并通過Hollo mon公式計算應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)，測 試過程執(zhí)行 GB/T228-2002。1. 實驗材料與試樣試驗材料：退火低碳鋼、正火低碳鋼和淬火低碳鋼。

2、試驗試樣：在退火、正火和回火低碳鋼R4標(biāo)準(zhǔn)試樣各一個。2. 實驗設(shè)備與儀器游標(biāo)卡尺，最高精度為0.02mm劃線器，標(biāo)記準(zhǔn)確到±%引伸計，標(biāo)距50mm萬能材料試驗機WDW-200D。主要性能指標(biāo)如下：最大載荷200KNI試驗力精度優(yōu)于示值得0.5%力值測量范圍：最大試驗力的 0.4%-100%變形測量準(zhǔn)確度：在引伸計滿量程的 2%-100%范圍內(nèi)優(yōu)于示值的1%橫梁位移測量：分辨率為0.001mm橫梁速度范圍：0.005mm/mi n-500mm/mi n，無級，任意設(shè)定夾具形式：標(biāo)準(zhǔn)楔形拉伸附具、壓縮附具、彎曲附具載荷傳感器：0.5級3. 試驗步驟a）給三個試樣編號。b）用游標(biāo)卡尺測量

3、試樣的原始直徑 d0ll，并檢測是否滿足R4標(biāo)準(zhǔn)試樣公差要求 III。c）用劃線器標(biāo)識試樣的原始標(biāo)距 L0。d）裝卡引伸計并安裝試樣。e）調(diào)試程序并開始測試IV。I低碳鋼回火后的抗拉強度在 600MPa左右，R4標(biāo)準(zhǔn) 試樣的直徑為10mm，估計最大試驗力 F=600X 10-6 Xn （10 X 10-3）2=47kN<200JkN 故200KN滿足實驗需要。1411原始直徑dO測量方法為：用游標(biāo)卡尺在等直段上 選取試樣的兩端和中央的三個截面，每一個截面沿互相垂直的兩個方向測出直 徑，取最小直徑計算截面積SO。III按照國標(biāo)GB/T228-2002規(guī)定，R4標(biāo)準(zhǔn)試樣的尺寸公差為 

4、7;).07mm,形狀公差 為 0.04mm。IV按照國標(biāo)GB/T228-2002規(guī)定，材料彈性模量 > 150000N/mm2寸，應(yīng)力速度最 小為 6(N/mm2)s-1，最大為 20(N/mm2)s-1北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告f)g)h)i)j)當(dāng)載荷達到最大時取下引伸計 V。繼續(xù)加載直至試樣斷裂，取下試樣。用游標(biāo)卡尺測量斷后最小直徑du和斷后標(biāo)距長度LuVI。對其他試樣重復(fù)上述步驟。處 理實驗數(shù)據(jù)VII三、實驗數(shù)據(jù)1. 試樣原始直徑測量： 試樣編號1 10.042 10.003 9.98表1試樣原始直徑測量數(shù)據(jù)試樣原始直徑d0/mm試樣

5、原始截面積S0/mm210.02 10.04 10.02 10.02 10.00 78.54 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 78.54 9.98 10.00 10.00 10.00 9.98 78.231其中試樣截面積S0=4n d02由于每個試樣的最大與最小直徑差不超過0.04 mm,故全部試樣均滿足R4標(biāo)準(zhǔn)試樣的公差要求。2. 試樣斷后直徑測量：表2試樣的斷后直徑測量數(shù)據(jù)試樣編號 試樣斷后直徑du/mm du平均值/mm最小截面積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

6、.02 6.00 6.06 6.05 28.723 5.50 5.52 5.54 5.58 5.50 5.53 24.00 計算三個試樣的斷后直徑測量誤差：1號試樣：(5.70-5.72)2+(5.70-5.72)2+(5.76-5.72)2+(5.72-5.72)2+(5.72-5.72)2+(5.70-5.72)2=6-1=0.02mm考慮到游標(biāo)卡尺的測量精度為 0.02mm： ?du=0.03mm?du0.03=0.5%<1% du5.72故測量結(jié)果滿足國標(biāo)GB/T228-2002中的要求。V取下引伸計的目的是防止引伸計超出量程而損壞，取下引伸計后應(yīng)變數(shù)據(jù)由位 移傳感器提供。VId

7、u與lu測量方法為：將試樣仔細拼接在一起，使其軸線處于同一直線上測量 Lu，在頸縮最小的截面上取 相互垂直的方向測量du。VII 按照國標(biāo) GB/T228-2002 規(guī)定，Rel, Rm 在 200N/mm2-1000 N/mm2范圍內(nèi) 時，修約間隔為5 N/mm2，A的修約間隔為0.5%, Z的修約間隔為0.5%。北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告2號試樣：？du(6.08-6.05)2+(6.06-6.05)2+(6.06-6.05)2+(6.02-6.05)2+(6.00-6.05)2+(6.06-6.05)2= 6-1=0.03mm考慮到游標(biāo)卡尺的測

8、量精度為 0.02mm： ?du=V0.03+0.02=0.04mm?du0.04=0.7%<1% du5.53故測量結(jié)果滿足國標(biāo) GB/T228-2002中的要求。3號試樣：？du(5.50-5.53)2+(5.52-5.53)2+(5.54-5.53)2+(5.58-5.53)2+(5.50-5.53)2V=5-1=0.03mm考慮到游標(biāo)卡尺的測量精度為 0.02mm： ?du=V0.03+0.02=0.04m?du0.03=0.5%<1% du5.72故測量結(jié)果滿足國標(biāo) GB/T228-2002中的要求。3. 試樣斷后標(biāo)距測量： 表3試樣的斷后標(biāo)距測量數(shù)據(jù) 試樣編號試樣斷后標(biāo)

9、距Lu/mm1 69.24 69.34 69.22 68.24 67.86 68.12 68.16 68.12 3VIII以2號試樣計算斷后標(biāo)距測量誤差:?Lu68.24 -Lu平均值/mm69.26 68.12 -(68.24-68.12)2+(67.86-68.12)2+(68.12-68.12)2+(68.16-68.12)2+(68.12-68.12)2+(68 .24-68.12)2= V 6-1=0.14mm<0.25mm故測量結(jié)果滿足國標(biāo)GB/T228-2002中的要求。4. 由試驗機直接得到的數(shù)據(jù)：表4由試驗機直接得到的測量數(shù)據(jù)試樣編號1 2 3VIII IX下屈服強度

10、Rel/Mpa測量數(shù)據(jù) 修約數(shù)據(jù)284.8 285 279.2 280 353.3 355IX抗拉強度 Rm/Mpa測量數(shù)據(jù) 修約數(shù)據(jù)437.4 435 446.9 445 568.0 5703號試樣為低碳鋼淬火試樣，在拉伸過程在試樣等直段頭部斷裂，故無法獲得斷 后標(biāo)距數(shù)據(jù)。3號試樣位低碳鋼淬火試樣，無明顯屈服平臺，故采用 Rp 0.曲屈服強度北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告四、數(shù)據(jù)處理1. 屈服強度與抗拉強度屈服強度(下屈服強度)與抗拉強度由試驗機直接讀出三個試樣的屈服強度與抗拉強度數(shù)據(jù)已經(jīng)列于表4中。2. 斷后伸長率Lu- L0A= L0試樣 1: L

11、0=50.0mm， Lu=69.26mmA=試樣 2: L0=50.0mm， Lu=68.12mmA=68.12-50.0=36.2% 修約后，A=36.0% 50.069.26-50.0=38.5% 修約后，A=38.5% 50.0試樣3:無法獲得斷后標(biāo)距，故無法計算斷后伸長率。3. 斷面收縮率Z=試樣 1: S0=78.54mm2, Su=25.67mm2Z=78.54-25.67=67.3% 修約后，Z=67.5% 78.54S0-Su S0試樣 2: S0=78.54mm2, Su=28.72mm2Z=78.54-28.72=63.4% 修約后，Z=63.5% 78.54試樣 3: S

12、0=78.23mm2 Su=24.00mm2Z=78.23-24.00=69.3% 修約后，Z=69.5% 78.234. 應(yīng)變硬化指數(shù)與應(yīng)變硬化系數(shù)真應(yīng)力：S= (T (1+ £)真應(yīng)變：e=/均勻塑性變形服從Hollomon公式：S=Ke nln S=l nK+nine從應(yīng)力-應(yīng)變曲線的均勻塑性變形階段選取部分數(shù)據(jù)點，求得InS和lne，lnS-lne曲線的斜率就是應(yīng)變硬化指數(shù) n,截距是InK,由InK即可求得應(yīng)力應(yīng)變系數(shù)K 0 dl(1+ & ) =ln ll0l北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告試樣1:根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)X，計算應(yīng)

13、力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線(圖 1),選取應(yīng) 變在4.4%13.4%之間的1360組數(shù)據(jù)(此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段)，計算對 應(yīng)的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出lnS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，結(jié)果如圖2 所示。圖1試樣1拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖2試樣1的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.263lne+6.738,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9971，由線性擬合結(jié) 果可知，應(yīng)變硬化指數(shù)n=0.263,應(yīng)變硬化系數(shù)K=e6.738=857MPa X數(shù)據(jù)來源為 WDW-200D萬能力學(xué)試驗機所得載荷-變形數(shù)據(jù)，取下引伸計前變形數(shù)據(jù)由引伸 計提供，取下引伸計后由位移傳感器提供。

14、北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告試樣2：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)，計算應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖3）,選取應(yīng)變在4.0%12.0%之間的1288組數(shù)據(jù)（此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段），計算對應(yīng) 的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出InS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，結(jié)果如圖4所 示。圖3試樣2拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖4試樣2的InS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：InS=0.268lne+6.7709,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9972，由線性擬合 結(jié)果可知，應(yīng)變硬化指數(shù)n=0.268，lnK=6.7709，應(yīng)變硬化系數(shù)K=e6.709=872MPa北京科技

15、大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告試樣3：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)，計算應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖5），選取應(yīng)變在0.14%1.35%之間的508組數(shù)據(jù)（此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段），計算對應(yīng)的真應(yīng) 力、真應(yīng)變，做出InS-lne曲線，使用origin進行線性擬合，結(jié)果如圖6所示。 圖5試樣3拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖6試樣3的InS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：InS=0.205lne+7.043,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9994，由線性擬合結(jié) 果可知，應(yīng)變硬化指數(shù) n=0.205, InK=7.042，應(yīng)變硬化系數(shù) K=e7.043=1145MPaFL/t A

16、ihMI 4>1*2*JB-3*4ton#北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告五、誤差分析1. 屈服強度ReL=有：?ReL?P?S0?P?d0=+=+2? ReLPSOPdO試驗機的試驗力準(zhǔn)確度優(yōu)于 0.5%，故?P< 0.5% P游標(biāo)卡尺的最小分辨率：?d0=0.02mm所以：?ReL< ReL?(0.5%+2?試樣 1: d0=10.00mm, ReL=284.8MPa?ReL< 284.8MPaX (0.5%+2?試樣 2: d0=10.00mm, ReL=279.2MPa?ReL< 279.2MPaX (0.5%+2?試

17、樣 3: d0=9.98mm, RP0.2=353.3MPa0.02)=3.2MPa 9.98可見國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定屈服強度在200N/mm21000N/mm2范圍內(nèi)時修約間隔為5N/mm2是合理的。2. 抗拉強度類似于抗彎強度誤差分析，實驗測量抗拉強度的誤差：0.02?RmW Rm?(0.5%+2?) d0?Rp0.2 < 353.3MPaX (0.5%+2?試樣 1: d0=10.00mm, Rm=437.4MPa?RmC 437.4 X (0.5%+2?試樣 2： d0=10.00mm, Rm=446.9.4MPa?RmC 446.9 X (0.5%+2?試樣 3:

18、 d0=9.98mm, Rm=568.0MPa0.02=5.1MPa 9.98可見國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定屈服強度在200N/mm21000N/mm2范圍內(nèi)時修 約間隔為5N/mm2是合理的。?RmC 568.0 X (0.5%+2?0.02)=4.0MPa 10.000.02)=3.9MPa 10.000.02=2.5MPa 10.000.02=2.6MPa 10.000.02) d0PS0北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳鋼拉伸試驗報告3. 斷后伸長率A=因此：1+A=得：?A?L0?Lu=+ 1+AL0Lu劃線器精度優(yōu)于1%,故?L0< 1% L0以

19、2號樣品測得的6組斷后標(biāo)距的？Lu為準(zhǔn)，1號試樣沿用這個值： ?Lu=0.14mm試樣 1: Lu=69.26, A=38.5%0.14+1%)?(1+38.5%)=1.7% 69.26 試樣 2: Lu=68.12mm, A=36.2% ?A=(0.14+1%)?(1+36.0%)=1.6% 68.12試樣3:無法獲得斷后標(biāo)距，故無法計算斷后伸長率。國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定斷后伸長率修約間隔為 0.5%,實驗中斷后伸長率的誤 差普遍超過了 0.5%，原因是實驗使用的劃線器精度是 1%,這樣測得的？A 定 大于1%。4. 斷面收縮率S0-SuSudu2Z=1-=1-S0S0d0?A=

20、(故：?Z=游標(biāo)卡尺的精度為0.02mm,故?d0=0.02mm試樣 1: du=5.72mm, ?du=0.03mm, d0=10.00mm2X5.722 X.722?Z=X0.03+ X.02=0.47% 10.00210.003試樣 2: du=6.02mm, ?du=0.04mm, d0=10.00mm2 >6.022 6022?Z=X0.04+ 6.02=0.63% 10.00210.003試樣 3: du=5.53mm, ?du=0.04mm, d0=9.98mm2 >5.532 6.532?Z=X0.04+ 6.02=0.57% 9.9829.983國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定斷面收縮率修約間隔為 0.5%，實驗所得數(shù)據(jù)中有兩組 超過了 0.5%，可見國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定似有不合理之處。2dud0?du+2du2d0?d0 LuL0Lu-L0Lu=-1 L0L0北京科技大學(xué) 材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗 低碳