實(shí)驗(yàn)一 低碳鋼拉伸試驗(yàn)

低碳鋼拉伸試驗(yàn)姓名：班級：日期：指導(dǎo)老師：一、試驗(yàn)?zāi)康?、測定低碳鋼在退火、正火和淬火三種不同熱處理狀態(tài)下的強(qiáng)度與塑性性能。2、測定低碳鋼的應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)。二、試驗(yàn)要求按照相關(guān)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T228-2002：金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法）要求完成實(shí)驗(yàn)測量工作。三、試驗(yàn)材料與試樣本次試驗(yàn)的三個試樣分別為經(jīng)過退火、正火和淬火三種不同熱處理的低碳鋼試樣。退火是指將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。其組織晶粒細(xì)小均勻，碳化物呈顆粒狀，分布均勻。正火是指將鋼件加熱到上臨界點(diǎn)(AC3或Acm)以上30—50℃或更高的溫度，保溫達(dá)到完全奧氏體化后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。其組織可能是珠光體、貝氏體、馬氏體或它們的混合組織，它的晶粒和碳化物細(xì)小（比退火的晶粒更細(xì)小），分布均勻。退火可消除過共析鋼的網(wǎng)狀二次碳化物。淬火是指將鋼件加熱到奧氏體化溫度并保持一定時間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻，以獲得非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變組織，如馬氏體、下貝氏體的熱處理工藝。其組織可能為片狀馬氏體、板狀馬氏體、片狀下貝氏體或它們的混合組織。其組織是細(xì)小的馬氏體及少量殘余奧氏體，不存在先共析鐵素體。試樣要進(jìn)行機(jī)加工。平行長度和夾持頭部之間應(yīng)以過渡弧連接，試樣頭部形狀應(yīng)適合于試驗(yàn)機(jī)夾頭的夾持。夾持端和平行長度之間的過渡弧的半徑應(yīng)為：≥0.75d即7.5mm。本次試驗(yàn)采用的試樣編號為R4，直徑是10mm,原始標(biāo)距為50mm，平行長度Le≥55mm。試樣的精度要求包括①直徑的尺寸公差為±0.07mm②形狀公差即沿試樣的平行長度的最大直徑與最小直徑之差不應(yīng)超過0.04mm。四、實(shí)驗(yàn)測量工具、儀器與設(shè)備根據(jù)國標(biāo)要求，對于比例試樣，應(yīng)將原始標(biāo)距的計算值修月之最接近5mm的倍數(shù)，中間數(shù)值向較大一方修約，原始標(biāo)距的標(biāo)記應(yīng)準(zhǔn)確到±1%，即±0.5mm。測量原始直徑的分辨率不大于0.05mm。實(shí)驗(yàn)的溫度應(yīng)為10℃-35℃，實(shí)驗(yàn)機(jī)的應(yīng)變速率為0.00025/s-0.0025/s，實(shí)驗(yàn)過程中所需最大實(shí)驗(yàn)力為47.1KN，均勻最大變形量可達(dá)30％以上。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)為或優(yōu)于一級，引伸計應(yīng)不劣于二級。測量裝置測定斷后標(biāo)距應(yīng)準(zhǔn)確到±0.25mm，此次實(shí)驗(yàn)采用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺來測量，能符合國標(biāo)要求。測量斷后最小橫截面積時，所得最小橫截面積應(yīng)準(zhǔn)確到±2%。因而此次實(shí)驗(yàn)量工具、儀器與設(shè)備有：五十分度游標(biāo)卡尺(0.02mm,20cm)、電子萬能試驗(yàn)機(jī)、引伸計。本次試驗(yàn)的直接測量量有：游標(biāo)卡尺用來刻劃原始標(biāo)距，量原始試樣截面直徑、后頸縮最小處截面的直徑和試樣斷后標(biāo)距。電子萬能試驗(yàn)機(jī)的載荷傳感器用來測量拉伸過程試樣所受到的軸向載荷。引伸計用來測量試樣在拉伸過程中的微小伸長量。電子萬能試驗(yàn)機(jī)的參數(shù)：最大試驗(yàn)力：200KN（大于47.1KN）試驗(yàn)力準(zhǔn)確度：優(yōu)于示值的0.5%力值測量范圍：最大試驗(yàn)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：分辨率的0.001mm衡量速度范圍：0.005mm/min-500mm/min五、試驗(yàn)步驟1．試件準(zhǔn)備（1）給三個試樣編號，在每個試樣原始標(biāo)距范圍內(nèi)分別測量試樣的兩端及中央三個截面的直徑，且在每一截面取互相垂直的兩個方向各測量一次，得到數(shù)據(jù)后看數(shù)據(jù)是否符合公差要求，若符合則計算各截面的平均值，取其中最小者作為計算直徑d0，再算出試樣的初始橫截面面積S0；若不符合，重新測。（2）沿每個試樣平行長度范圍內(nèi)的兩端涂色，用劃線機(jī)刻劃原始標(biāo)距L0=50mm的兩條標(biāo)記線，在一個試樣兩端上做三個這樣的標(biāo)距，每個間隔10mm。2．試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備試驗(yàn)機(jī)的位移速度調(diào)至8min/mm。3．安裝試件及引伸計首先取一號試樣，將試樣安裝在引伸計上，試樣兩端用皮筋固定好，引伸計裝好后要調(diào)整指針使之位于刻度零點(diǎn)。4．測試①開動試驗(yàn)機(jī)。開始時緩慢加載，注意加載的載荷變化和自動繪圖的情況。②加載過程中，從繪圖中觀察屈服時的載荷。當(dāng)載荷出現(xiàn)下降或曲線發(fā)生彎折時，說明材料發(fā)生屈服。③屈服階段后，注意觀察曲線，當(dāng)載荷隨試樣伸長達(dá)到最大出現(xiàn)下降時，取下引伸計。繼續(xù)加載，注意觀察試樣變化，特別是頸縮現(xiàn)象。加載至試樣被拉斷時，停下試驗(yàn)機(jī)，卸下試樣。5.按2—4步驟測試其他試樣6.將試樣斷裂的部分仔細(xì)配接在一起使其軸線處于同一直線上，之后測量。①試樣斷后標(biāo)距Lu②在頸縮最小處相互垂直方向測量直徑，取其算術(shù)平均值計算最小橫截面面積Su，得到數(shù)據(jù)后看數(shù)據(jù)是否符合公差要求，若符合，記錄下來；若不符合，重新測。7.獲得的數(shù)據(jù)及曲線拷貝下來。8.整理儀器。六、數(shù)據(jù)處理①從電腦繪圖中讀出屈服期間不計初始瞬時效應(yīng)的最小載荷PeL并記錄下來。再讀出整個圖的最大載荷Pm。②計算斷后伸長率A及端面收縮率Z應(yīng)用公式：Z=(S0-Su)/S0*100％A=(Lu-L0)/L0*100％③計算下屈服強(qiáng)度PeL應(yīng)用公式：ReL=PeL/S0④計算抗拉強(qiáng)度Rm應(yīng)用公式：Rm=Pm/S0⑤計算應(yīng)變硬化指數(shù)n和應(yīng)變硬化系數(shù)K均勻地選取材料均勻變形階段（屈服階段后載荷達(dá)最大載荷前的階段）中的六次數(shù)據(jù)載荷P及應(yīng)變e，計算六次數(shù)據(jù)的真應(yīng)力S，以lne為橫坐標(biāo)，以lnS為縱坐標(biāo)作直線圖。直線的斜率即為n，直線的截距即為lnK，由此可計算出K。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格及計算結(jié)果表1試樣原始尺寸測量記錄表試樣標(biāo)號原始標(biāo)距L0（mm）試樣初始截面直徑d0(mm)試樣原始截面面積S0（mm2）上端測量中間測量下端測量第一次第二次平均值第一次第二次平均值第一次第二次平均值1509．949.949.949．949.969.959.969.969.9677.5629.949.929.939.929.929.929.929.929.9277.253609.989.969.979.969.949.959.949.949.9477.56其中，S0=πd02/4初始截面的最大直徑與最小直徑之差分別為0.02mm、0.02mm、0.04mm,都沒有超過0.04mm。表2試樣斷后尺寸測量記錄表試樣標(biāo)號拉斷后標(biāo)距Lu測量（mm）斷后截面直徑du測量（mm）試樣斷后截面面積Su（mm2）第一次第一次平均值第一次第一次平均值162.6262.0662.346.02/5.925.92/5.965.9727.98269.6269.7269.4269.4869.3469.3269.485.50/5.465.52/5.505.48/5.485.52/5.485.50/5.485.4923.66387.1686.7286.945.80/5.745.82/5.805.7926.32其中，Su=πdu2/4表3強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的計算結(jié)果記錄表試樣標(biāo)號屈服極限/MPa強(qiáng)度極限/MPa斷面收縮率/%斷后伸長率/%修約前修約后修約前修約后修約前修約后修約前修約后1401.4286400623.747362563.9%64.0%24.7%24.5%2234.0973235401.289340069.4%69.5%39.0%39.0%3296.0167295442.626944566.1%66.0%44.5%44.5%斷面收縮率Z的計算：試樣1：試樣2:試樣3：斷后伸長率A的計算：試樣1：試樣2：試樣3：（注：50mm的線看不清，這里以60mm為原始標(biāo)距）應(yīng)變硬化指數(shù)和系數(shù)的計算數(shù)據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)為拉伸過程的變形量△L和拉伸力P的值，工程應(yīng)變和應(yīng)力的計算式為：工程應(yīng)變：工程應(yīng)力：真應(yīng)變和真應(yīng)力的計算公式為：真應(yīng)變：真應(yīng)力：試樣1：拉伸曲線為試樣1的原始橫截面面積為S0=77.56mm2,L0=50mm。由上圖知，試樣1的均勻變形階段為工程應(yīng)變在1.10%-8.80%的范圍內(nèi)的階段，在此范圍內(nèi)均勻取六個點(diǎn)：變形量/mmε/%P/Nσ/MPaS/MPae/%lnelnS0.75111.5037269480.52487.731.49-4.216.191.35172.7041618536.59551.082.66-3.636.312.10214.2044956579.63603.974.11-3.196.402.85105.7046844603.97638.405.54-2.896.463.6007.2047874617.25661.696.95-2.676.494.3508.7048346623.34677.578.34-2.486.52擬合曲線為擬合直線的斜率極為n，n=0.192，lnK=7.007,K=1104MPa.試樣2：拉伸曲線為試樣2的原始橫截面面積為S0=77.25mm2,L0=50mm。由上圖知，試樣1的均勻變形階段為工程應(yīng)變在4.40%-22.00%的范圍內(nèi)的階段，在此范圍內(nèi)均勻取六個點(diǎn)：變形量/mmε/%P/Nσ/MPaS/MPae/%lnelnS2.25124.5024502317.18331.454.40-3.125.804.00198.0028164364.58393.757.70-2.565.985.751611.5029847386.37430.8010.89-2.166.077.499315.0030618396.35455.8013.98-1.976.129.251918.5030944400.57474.6816.97-1.776.1611.009222.0231011401.44489.8419.90-1.616.19擬合曲線為擬合直線的斜率極為n，n=0.257，lnK=6.618,K=748MPa.試樣3：拉伸曲線為試樣3的原始橫截面面積為S0=77.56mm2,L0=50mm。由上圖知，試樣1的均勻變形階段為工程應(yīng)變在4.20%-21.00%的范圍內(nèi)的階段，在此范圍內(nèi)均勻取六個點(diǎn)：變形量/mmε/%P/Nσ/MPaS/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擬合曲線為擬合直線的斜率極為n，n=0.246，lnK=6.702,K=814MPa.二、結(jié)果與討論由上述表格知Rel2＜Rel3＜Rp3,Rm2＜Rm3＜Rm1,而Z2＞Z3＞Z1，由于三號試樣是以60mm為原始標(biāo)距的，因此斷后伸長率在評價試樣塑性時參考價值不大。Rel、Rm是試樣的強(qiáng)度指標(biāo)，Z、A是試樣的塑性指標(biāo)。因而：試樣1是淬火低碳鋼試樣，淬火工藝是水冷或油冷，冷卻速率最快，其試樣硬度最高，強(qiáng)度最高，塑性最差。試樣2是退火低碳鋼試樣，退火工藝是爐冷，冷卻速率最慢，其試樣硬度最小，強(qiáng)度最小，塑性最好。試樣3是正火低碳鋼試樣，正火工藝是空冷，冷卻速率介于淬火和正火之間，其試樣硬度、強(qiáng)度和塑性也介于淬火和正火之間。由上述知：n2>n3>n3,則三種鋼的應(yīng)變硬化能力及塑性：試樣2>試樣3>試樣1.這與上面得到的結(jié)論一致。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論①試樣1是淬火低碳鋼試樣，淬火工藝是水冷或油冷，冷卻速率最快，其試樣硬度最高，強(qiáng)度最高，塑性最差，應(yīng)變硬化能力最差。②試樣2是退火低碳鋼試樣，退火工藝是爐冷，冷卻速率最慢，其試樣硬度最小，強(qiáng)度最小，塑性最好,應(yīng)變硬化能力最好。樣3是正火低碳鋼試樣，正火工藝是空冷，冷卻速率介于淬火和正火之間，其試樣硬度、應(yīng)變硬化能力、強(qiáng)度和塑性也介于淬火和正火之間。八、誤差分析①斷后伸長率AA=(Lu-L0)/L0*100％△L0=0.5mm（劃刻器精度），△Lu=0.25mm.a、試樣1：因此，試樣1的斷后伸長率為24.7%±1.75%，修約后的值24.5%在這個范圍內(nèi)，因而該值可靠。b、試樣2：因此，試樣2的斷后伸長率為39.0%±1.89%，修約后的值39.0%在這個范圍內(nèi)，因而該值可靠。C、試樣3：因此，試樣3的斷后伸長率為44.5%±1.62%，修約后的值44.5%在這個范圍內(nèi)，因而該值可靠。②斷面收縮率ZZ=(S0-Su)/S0*100％=(d02-du2)/d02△d0=0.02mm(因?yàn)闇y量工具用的是精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺),△du=1%du試樣1：因此，試樣1的斷面收縮率為63.9%±0.87%，修約后的值64.0%在這個范圍內(nèi)，因而該值可靠。試樣2；因此，試樣2的斷面收縮率為69.4%±0.74%，修約后的值69.5%在這個范圍內(nèi)，因而該值可靠。c、試樣3；因此，試樣3的斷面收縮率為66.1%±0.82%，修約后的值66.0%在這個范圍內(nèi)，因而該