材料力学性能拉伸试验报告

材料力学性能拉伸试验报告
材化08
李文迪
40860044
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[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。

[试验材料]
通过室温拉伸试验完成上述性能测试工作，测试过程执行GB/T228-2002:金属材料室温拉伸试验方法：
1.1试验材料：退火低碳钢，正火低碳钢，淬火低碳钢的R4标准试样各一个。

1.2热处理状态及组织性能特点简述：
1.2.1退火低碳钢：将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃，保温一段时间后，缓慢而均匀
的冷却称为退火。

特点：退火可以降低硬度，使材料便于切削加工，并使钢的晶粒细化，消除应力。

1.2.2正火低碳钢：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温后在空气中冷却称为正
火。

特点：许多碳素钢和合金钢正火后，各项机械性能均较好，可以细化晶粒。

1.2.3淬火低碳钢：对于亚共析钢，即低碳钢和中碳钢加热到Ac3以上30-50℃，在此
温度下保持一段时间，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却（水冷或油冷），使奥氏体来不及分解而形成马氏体组织，称为淬火。

特点：硬度大，适合对硬度有特殊要求的部件。

1.3试样规格尺寸：采用R4试样。

参数如下：
1.4公差要求
[试验原理]
.. ..
1.原理简介：材料的机械性能指标是由拉伸破坏试验来确定的，由试验可知弹性阶段
卸荷后，试样变形立即消失，这种变形是弹性变形。

当负荷增加到一定值时，测力度盘的指针停止转动或来回摆动，拉伸图上出现了锯齿平台，即荷载不增加的情况。

当屈服到一定下，试样继续伸长，材料处在屈服阶段。

此时可记录下屈服强度R
eL 程度后，材料又重新具有了抵抗变形的能力，材料处在强化阶段。

此阶段：强化后的材料就产生了残余应变，卸载后再重新加载，具有和原材料不同的性质，材料的强度提高了。

但是断裂后的残余变形比原来降低了。

这种常温下经塑性变形后，材料强度提高，塑性降低的现象称为冷作硬化。

当荷载达到最大值Rm后，试样的某一部位截面开始急剧缩小致使载荷下降,至到断裂。

[试验设备与仪器]
1.1试验中需要测得：
（1）连续测量加载过程中的载荷R和试样上某段的伸长量（Lu-Lo）数据。

（有万能材料试验机给出应力-应变曲线）
（2）两个个直接测量量：试样标距的长度 L
；直径 d。

o
1.2试样标距长度与直径精度：由于两者为直接测量量，工具为游标卡尺，最高精度为
0.02mm。

1.3检测工具：万能材料试验机 WDW-200D。

载荷传感器，0.5级。

引伸计，0.5级。

注1：应力值并非试验机直接给出，由载荷传感器直接测量施加的载荷值，进而转化成工程应力，0.5级，即精确至载荷传感器满量程的1/500。

注2：连续测试试样上某段的伸长量由引伸计完成，0.5级，即至引伸计满量程的1/50。

1.4设备介绍：万能材料试验机 WDW-200D。

主要性能指标: 最大试验力：200kN
试验力准确度：优于示值的±1% （精密级为±0.5％）
力值测量围：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％围优于示值的±1% （精密级为±0.5％）
[试验步骤]
（1）用游标卡尺测量试样的初始直径d（在相互垂直的两个方向上测量后取平均值）。

，并标识试样标距（划线）。

（2）测量试样的标距的初始值L
o
（3）装卡引伸计至试样的标距。

（4）将试样安装在试验机的上下头之间。

（5）由计算机控制。

输入必要参数，完成程序调试。

（6）启动测试过程，由计算机记录载荷-伸长数据。

. . .
.. ..
（7）在载荷达到最大值时（出现颈缩）取下引伸计。

（8）加载直至试样断裂，取下试样，继续测量。

（9） 用游标卡尺测量试样断后最小直径d u 和标距长度L u 。

注意：
1. 用细墨线分别标记原始标距，标记应准确到士0.5mm 。

2. 引伸计夹头分离速率尽量保持恒定，且速率保持在6 /min ，保持直至拉断。

3. 断后测量时应尽可能对准断口，使试样保持完整。

4. 应测量颈缩最小处相互垂直的两个方向的直径取其平均值。

5. L u 的测量需要至少3组数据，用来计算误差是否在国标围。

[试验结果及讨论]
一． 原始数据
表1：试验前各项测量量
二． 试验后数据：
表2：试验后断口处直径测量
表3：试验后断后标距测量
注1：断口处在端口，无法测得Lu。

表4：均匀塑性变形阶段试样载荷与形变数据
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.. ..
表5：试样1的应力应变曲线及测试数据
序号 原始标距 规格 最大力非
比例伸长率
最大试验
力
抗拉强度
规定非比
例延伸强度 mm mm % kN MPa MPa 2
50
ф10
7.284526
45.182
575.2737
Rp0.2: 378.3168
表
6：试样2的应力应变曲线及测试数据
序号原始标距规格最大力非
比例伸长
率
最大试验
力
抗拉强度
下屈服强
度
mm mm % kN MPa MPa
3 50 ф9.98 23.28489 30.39
4 388.5402 227.0213
表7：试样3的应力应变曲线及测试数据
三．数据处理
. . .
.. ..
1.
可以计算得
2. 对断面收缩率的计算：
得出试样断面收缩率：
试样1：65.54%
试样2：69.64% 试样3：71.91%
3.
4. 抗拉强度R m
，
如表
5,6,7Rp 由0.2%法可得：
5. 屈服强度（规定非比例延伸强度R P ）：用0.2%法作出平行线，可得：
. . .
.. ..
6. H OOLOMON 公式的拟合：用于在达到最大载荷即颈缩处发生前的均匀塑性变形阶段，
,真应力S
，真应变
由此导出了H OOLOMON
K
现在根据表4
应变，然后根据上述公式，将工程应力应变根据公式转变为真应力应变后，式子两边同取L N ，进行拟合后，结果如下:
20.00129 -1.99345 20.16332 -3.0761 19.61117 -3.01245 19.97951 -2.0967 20.12227 -3.26944 19.53005 -3.26007
图1：第一组拟合图
图2：第二组拟合图
. . .
.. ..
图3：第三组拟合图
由上述三个图可知：
对于1：ln K =20.53，K=824.262MP A ，n =0.263小于1 ，R 2 =0.994，有效
对于2：ln K =20.81，K=1090.606 MP A ，n =0.213小于1， R 2 =0.999，有效 对于3：ln K =20.43，K=745.823 MP A ，n =0.270小于1，R 2 =0.993，有效
所以拟合成功。

7. 对于修约的验证： 根据精度要求：由于max max 2m u m u R P d R P d ∆∆∆=+ （推导详情见附录）
试样1：0.025%20.01185.81
m m R R ∆=+= 所以R m =0.0118*429.5518=5.069MPa 大于5MPa ，不符合修约要求
试样2：0.025%20.01245.41
m m R R ∆=+= 所以R m =0.0124*575.2737=7.133MPa 大于5MPa ，不符合修约要求
试样3
所以R m =0.0124*388.5402=4.857MPa 小于5MPa ，符合修约要求
所以综上所述，只有试样3的R m 结果符合规定。

8. 结果分析：
试样1，试样2，试样3通过以上7项计算可知：
总体强度试样
3，从断口也可以看出，试样2的强度大。

并且，根据LN S-LNE 拟合图 的数据可知，应变硬化系数也是试样
3。

故根据报告开头叙述的热处理特点，我们可以肯定的得出结论：
试样1为正火处理的低碳钢；
试样2为淬火处理的低碳钢；
试样3为退火处理的低碳钢。

四． 综合报告开头叙述的热处理特点以及上述计算结果，我们可以肯定的得出结
论：
试样1为正火处理的低碳钢；
试样2为淬火处理的低碳钢；
试样3为退火处理的低碳钢。

[参考文献]
1. 材料力学试验讲义，2007年1月.
2. 中华人民国国家标准，关于金属力学性能测试方法的标准，GB/T 228-2002.
3. 材料力学行为，王玥，强文江编，化学工业.
4. 金属材料拉伸试验的不确定度评定，凌霄，理化检验-2004年6月第6期
. . . .. ..
[附录]
精度详细计算推导
1.
2.
3.。