金屬材料靜態(tài)拉伸試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)報告姓名班級學(xué)號成績實(shí)驗(yàn)名稱金屬材料靜態(tài)拉伸試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生進(jìn)步深入了解材料在靜拉伸條件下拉伸曲線的測試，表征的主要力學(xué)性能指標(biāo)，力學(xué)性能指標(biāo)的計算方法、物理意義及其在工程應(yīng)用中的應(yīng)用。掌握金屬材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率的測試與計算方法，并了解這些指標(biāo)在工程應(yīng)用中的實(shí)際意義。實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、 電子拉伸材料試驗(yàn)機(jī)一臺，型號CSS-88100；2、 位移傳感器一個；3、 刻線機(jī)一臺；4、 游標(biāo)卡尺把；試樣示意圖圖1圖1圓柱形試樣示意圖試樣宏觀斷口示意圖剪切唇1、放射區(qū)纖維區(qū)2、與軸線45度方向剪切唇1、放射區(qū)纖維區(qū)2、與軸線45度方向20#鋼（正火態(tài)）宏觀斷口示意圖鋁合金宏觀斷口圖試驗(yàn)拉伸圖圖2鋁合金試樣靜拉伸斷裂和斷口圖（斷口為和試樣中軸線大約成45。角的纖維狀斷口，沒有頸縮，應(yīng)該為為切應(yīng)力達(dá)到極限，發(fā)生韌

性斷裂。圖320#鋼（正火態(tài)）靜態(tài)拉伸斷裂和斷口圖（20#鋼試樣在拉斷之后，斷口附近明顯產(chǎn)生頸縮。斷口處可以看出有三個區(qū)域：1.試樣中心的纖維區(qū)，表面有較大的起伏，有較大的塑性變形；2.放射區(qū)，表面較光亮平坦，有較細(xì)放射狀條紋；3?剪切唇，軸線成45°角左右的傾斜斷口。

原始數(shù)據(jù)記錄1、表1試樣的原始始直徑測量數(shù)據(jù)左 中 右 平均值8.70 8.72 8.68鋁合金 8.68 8.70 8.70 8.698.64 8.72 8.709.90 10.00 10.0020#鋼 9.92 10.00 10.00 9.9710.00 10.00 9.92試樣的原始標(biāo)距L。50mm2、表2鋁合金拉斷后標(biāo)距測量數(shù)據(jù)記錄（單位：mm）AB BC AB+2BC 平均12.32 23.16 58.6424.02 17.46 58.94 58.79鋁合金拉斷后的斷面直徑平均值7.96mm3、20#鋼拉斷后的平均標(biāo)距為Lu=69.53mm斷口的直徑平均值為du=6.00mm。數(shù)據(jù)處理1、20#鋼(正火態(tài))試樣(有明顯屈服平臺的材料)20#鋼正火材料試樣的載荷-位移曲線見圖4。由圖4可得各特征載荷值及對應(yīng)的位移值：比例伸長力F=20.6kNp

下屈服力F—24.5kNel最大載荷F=37.5kNm

斷裂載荷F—27.1kNF斷裂后塑性伸長AL—21.4mmF

斷裂后彈性伸長AL-2.4mme(2)計算各強(qiáng)度指標(biāo)比例強(qiáng)度:F— p=S04Fp兀d204x206-GPa=263.9MPa兀-9.972下屈服強(qiáng)度:Rel4x245-GPa=313.8MPaS兀x9.9720抗拉強(qiáng)度:Fm 4x375一———GPa=480.6MPaS 兀x9.9720斷裂強(qiáng)度:(3)計算塑性指標(biāo)ACU1Y—GPa=347.1MPaS兀x9.9720(斷后伸長率和斷面收縮率)斷后伸長率:L-T 6953-50A—r__0x100%— x100%—39.06%L 500斷面收縮率: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、鋁合金試樣(不具明顯的屈服平臺)鋁合金材料試樣常溫拉伸實(shí)驗(yàn)載荷-位移曲線如圖5。由于鋁合金材料不具有明顯的物理屈服平臺，其屈服強(qiáng)度一般定義為“規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度”R。即在橫軸上取應(yīng)變?yōu)?.2%的點(diǎn)，過該點(diǎn)作平行于載荷-位移曲線彈性p0.2段的直線線與載荷-位移曲線相交，交點(diǎn)對應(yīng)的載荷值即為F。則條件屈服強(qiáng)度Rp0.2p0.2FR=—p92p0.2 -0段的直線線與載荷-位移曲線相交，交點(diǎn)對應(yīng)的載荷值即為F。則條件屈服強(qiáng)度Rp0.2p0.2FR=—p92p0.2 -0(2)由圖5可得各特征力值分別為:為:比例伸長力F=19.0kN；p條件屈服載荷F—25.7kN；p0.2最大力F—34.6kNm(3)由各特征力值求得各強(qiáng)度指標(biāo)為:口宀 F 4F 4X19.0比例強(qiáng)度：R——p— p— GPa=320.3MPapS兀d2兀x8.69200由公式申得，條件屈服強(qiáng)度：Rp0.2F 4F 4X25.7p02—p02— GPa=433.3MPa- 兀d2兀x8.69200F 4X346抗拉強(qiáng)度：R—f— ?GPa=583.4MPam-兀x8.6920(4)計算塑性指標(biāo)(斷后伸長率和斷面收縮率)：斷后伸長率:L—L 58.79—50A——u0x100%— x100%—17.58%L 500斷面收縮率:S-S-sZ—-9-uX100%—

s0-兀d2—-兀d241一4 -X100%兀d24o8.692-7.962X100%—16.10%8.692兩種材料的常溫拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：表320#鋼正火態(tài)試樣常溫靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表初始截面積So(mm2)初始標(biāo)距Lo(mm)斷后伸長率A(%)比例伸長力Fp(kN)下屈服力Fel(kN)取大力Fm(kN)斷裂力FF(kN)78.0750斷后標(biāo)距39.0620.6比例強(qiáng)度24.5下屈服強(qiáng)37.2抗拉強(qiáng)度27.1斷裂強(qiáng)度斷后截面積斷面收縮率Z(%)Su(mm2)Lu(mm)Rp(MPa)度Rel(MPa)Rm(MPa)RF(MPa)28.2769.5363.79263.9313.8476.5347.1表4鋁合金試樣常溫靜態(tài)拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)表初始截面積So(mm2)初始標(biāo)距Lo(mm)斷后伸長率A(%)比例伸長力Fp(kN)條件屈服力Fp0.2(kN)最大力Fm(kN)59.3150.0017.5819.025.734.6斷后截面積斷后標(biāo)距斷面收縮率比例強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度Su(mm2)Lu(mm)Z(%)Rp(MPa)Fp0.2(MPa)Rm(MPa)49.7658.7916.10320.3433.3583.4實(shí)驗(yàn)分析與誤差1、 實(shí)驗(yàn)分析本實(shí)驗(yàn)是金屬材料的靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)。用CSS-88100電子萬能試驗(yàn)機(jī)分別對鋁合金和20#鋼試樣進(jìn)行靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)，并測繪出不同試樣的載荷-位移曲線，從中讀出20#鋼的屈服強(qiáng)度Rel、抗拉強(qiáng)度Rm和鋁合金的條件屈服強(qiáng)度Rp、抗拉強(qiáng)度Rm。從而計算出兩者的塑性指標(biāo)斷后延伸率A和斷面收縮率乙對拉伸斷口進(jìn)行觀察分析，了解兩種不同材料的不同斷裂方式和斷裂特點(diǎn)。2、 主要誤差來源人為誤差：刻畫標(biāo)距時產(chǎn)生誤差，測量試樣的長度和直徑時產(chǎn)生誤差，作圖時產(chǎn)生誤差。儀器固有誤差：拉伸試驗(yàn)機(jī)的自身的固有誤差，以及測量游標(biāo)卡尺的誤差；計算誤差：在計算過程中保留有效數(shù)字時產(chǎn)生誤差。3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及特征本次靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)的拉伸設(shè)備是CSS-88100電子萬能試驗(yàn)機(jī)，它具有高性能的負(fù)荷機(jī)架，先進(jìn)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，適用于金屬、非金屬、復(fù)合材料的拉伸、壓縮、彎曲試驗(yàn)?？蓪υ囼?yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集、運(yùn)算處理、實(shí)時顯示并打印結(jié)果報告。程序具有采集數(shù)據(jù)、繪制曲線、曲線局部放大或縮小、曲線單顯或多條曲線疊加對比、打印預(yù)覽及人工有效修訂數(shù)據(jù)等功能。提高金屬材料的屈服強(qiáng)度有哪些方法？使用已學(xué)過的專業(yè)知識就每種方法各舉一個例子。答：1）固溶強(qiáng)化：材料表面進(jìn)彳丁滲碳、滲氮等提咼材料的屈服強(qiáng)度。2） 形變強(qiáng)化：汽車外殼采用沖壓技術(shù)提高強(qiáng)度。3） 沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化：粉末冶金。4） 晶粒和亞晶強(qiáng)化：材料的高溫退火處理，減小晶粒，提高強(qiáng)度。（3）為什么材料的塑性要以延伸率和斷面收縮率這兩個指標(biāo)來衡量？他們在工程上有什么實(shí)際意義？答：為了確定材料的塑性變形能力以及量化比較其塑性變形能力，而且保證塑性的度量標(biāo)準(zhǔn)真正反映材料本身的塑性好壞，而不受試樣的長度和幾何形狀的影響，故米用延伸率和斷面收縮率這兩個指標(biāo)來衡量。斷后延伸率越大，斷面收縮率越大，材料的塑性就越好，反之相反。而且實(shí)驗(yàn)表明：斷面收縮率和材料的缺口敏感度有一定的關(guān)系，斷面收縮率較低時，材料就對缺口比較敏感。

實(shí)驗(yàn)報告三姓名堅(jiān)永鑫班級材料94 學(xué)號2009021088成績實(shí)驗(yàn)名稱金屬材料形變硬化指數(shù)(n)的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康??學(xué)會根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制條件應(yīng)力一條件應(yīng)變曲線2?熟悉根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)的條件應(yīng)力一應(yīng)變曲線計算形變硬化指數(shù)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、 電子拉伸材料試驗(yàn)機(jī)一臺，型號CSS-88100；2、 位移傳感器一個；3、 千分尺一把；試樣示意圖見實(shí)驗(yàn)圖1實(shí)驗(yàn)拉伸圖見實(shí)驗(yàn)圖4和圖5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、20#鋼(正火態(tài))試樣形變硬化指數(shù)計算根據(jù)圖5,在均勻塑性變形階段等間隔取6個測量點(diǎn)，記錄其載荷和對應(yīng)的位移：表520#鋼正火態(tài)試樣形變硬化指數(shù)計算取點(diǎn)的載荷與位移值取點(diǎn)編號 123456載荷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中的載荷和位移值計算其對應(yīng)的真實(shí)應(yīng)力根據(jù)均勻塑性變形體積不變原則，SL=SL(i=1,2, ,6)00 iiSl —d2L則各點(diǎn)處的真實(shí)截面積為：S-出-400iL L+ALi 0 i所以，真實(shí)應(yīng)力為：a-.-4￡([+￥)iS 兀d2Li 0 0由上式，得表6：表620#鋼正火態(tài)試樣各點(diǎn)真實(shí)截面積和真實(shí)應(yīng)力值取點(diǎn)編號 123456真實(shí)截面積Si(mm2) 72.06 69.53 66.86 64.27 61.76 59.55真實(shí)應(yīng)力"(MPa) 401.5 477.4 532.4 573.1 605.0 629.2（3）計算20#鋼（正火態(tài)）試樣的形變硬化指數(shù)和強(qiáng)度系數(shù)根據(jù)Holloman公式，即◎二ksn Qb:真實(shí)應(yīng)力（MPa）；s:真實(shí)應(yīng)變；k:強(qiáng)度系數(shù)（MPa）；n:硬化指數(shù)將上式兩邊取對數(shù)得，lglgk+nIgs Q所以，只要通過作lgc-lgs曲線，擬合直線，得到的直線斜率就為硬化指數(shù)n。根據(jù)s呂計算真實(shí)應(yīng)變，得到表7數(shù)據(jù)：iL0表720#鋼（正火態(tài)）試樣拉伸的lgb-lgs值取點(diǎn)編號123456應(yīng)變￡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的擬合曲線，如圖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 :圖820#鋼正火態(tài)試樣最小二乘法擬合lgo-lg￡的曲線根據(jù)圖線，得到直線斜率n=0.337，截距為lgk=2.978，所以k=950.6MPa即20#鋼正火態(tài)試樣形變硬化指數(shù)n=0.337，強(qiáng)度系數(shù)k=950.6MPan值的標(biāo)準(zhǔn)偏差S（n）=0.0190，相關(guān)度Q=0.994S所以n值的變異系數(shù)為：V（n）=+=0.0190^0.337=0.056。n2、時效鋁合金試樣形變硬化指數(shù)計算同20#鋼(正火態(tài))試樣形變硬化指數(shù)方法類似，在圖7中取6個測量點(diǎn)，記錄每個點(diǎn)的載荷及對應(yīng)位移，得表9表9時效鋁合金試樣形變硬化指數(shù)計算相應(yīng)數(shù)據(jù)表取點(diǎn)編號載荷Fi(kN)位移ALi(mm)真實(shí)截面積Si(mm2)真實(shí)應(yīng)力Gi(MPa)真實(shí)應(yīng)lgG￡變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￡的擬合曲線，如圖9,2.92.852.8lgb2.752.7-1.3 -1.2 -1.1 -1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6lg&圖9時效鋁合金最小二乘法擬合IgG-lg￡的曲線根據(jù)圖線，得到直線斜率n=0.394,截距l(xiāng)gk=3.113,所以k=1297.2MPa即20#鋼(正火態(tài))試樣形變硬化指數(shù)n=0.394，強(qiáng)度系數(shù)k=1297.2MPan值的標(biāo)準(zhǔn)偏差S(n)=0.0174，相關(guān)度Q=0.997。S所以n值的變異系數(shù)為：V(n)=+=0.0174^0.394=0.044。n表10兩種材料的形變硬化指數(shù)計算結(jié)果材料形變硬化指數(shù)n強(qiáng)度系數(shù)k(MPa)變異系數(shù)V(n)線性相關(guān)度Q20#鋼0.337950.60.0560.99