北京科技大学材料力学性能试验1——低碳钢拉伸试验

二、试验内容
通过室温拉伸实验测试三种不同热处理状态下的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断 面收缩率， 并通过 Hollomon 公式计算应变硬化指数和应变硬化系数， 测试过程执行 GB/T2282002。 1. 实验材料与试样 试验材料：退火低碳钢、正火低碳钢和淬火低碳钢。 试验试样：在退火、正火和回火低碳钢 R4 标准试样各一个。 2. 实验设备与仪器 游标卡尺，最高精度为 0.02mm 划线器，标记准确到± 1% 引伸计，标距 50mm 万能材料试验机 WDW-200D。主要性能指标如下： 最大载荷 200KNI 试验力精度优于示值得 0.5% 力值测量范围：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%范围内优于示值的 1% 横梁位移测量：分辨率为 0.001mm 横梁速度范围：0.005mm/min-500mm/min，无级，任意设定 夹具形式：标准楔形拉伸附具、压缩附具、弯曲附具 载荷传感器：0.5 级 3. 试验步骤 a) 给三个试样编号。 b) 用游标卡尺测量试样的原始直径 d0II，并检测是否满足 R4 标准试样公差要求III。 c) 用划线器标识试样的原始标距 L0。 d) 装卡引伸计并安装试样。 e) 调试程序并开始测试IV。
图 3 试样 2 拉伸过程的应力应变曲线
图 4 试样 2 的 lnS-lne 拟合直线图
拟合直线方程为：lnS=0.268lne+6.7709，线性相关系数 R2=0.9972，由线性拟合结果可 知，应变硬化指数 n=0.268，lnK=6.7709，应变硬化系数 K=e6.709=872MPa
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VIdu 与 lu 测量方法为：将试样仔细拼接在一起，使其轴线处于同一直线上测量
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2 号试样： ∆������������ (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 考虑到游标卡尺的测量精度为 0.02mm：∆������������ = √0.032 + 0.022 = 0.04������������ ∆������������ 0.04 = = 0.7% < 1% ������������ 5.53 故测量结果满足国标 GB/T228-2002 中的要求。 3 号试样： ∆������������ (5.50 − 5.53)2 + (5.52 − 5.53)2 + (5.54 − 5.53)2 + (5.58 − 5.53)2 + (5.50 − 5.53)2 =√ 5−1 = 0.03mm 考虑到游标卡尺的测量精度为 0.02mm：∆������������ = √0.032 + 0.022 = 0.04������ ∆������������ 0.03 = = 0.5% < 1% ������������ 5.72 故测量结果满足国标 GB/T228-2002 中的要求。 3. 试样断后标距测量：
图 1 试样 1 拉伸过程的应力应变曲线
图 2 试样 1 的 lnS-lne 拟合直线图
拟合直线方程为： lnS=0.263lne+6.738， 线性相关系数 R2=0.9971， 由线性拟合结果可知， 6.738 应变硬化指数 n=0.263，应变硬化系数 K=e =857MPa
X
数据来源为 WDW-200D 万能力学试验机所得载荷-变形数据，取下引伸计前变形数据由引伸计提供，取 下引伸计后由位移传感器提供。
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低碳钢拉伸试验报告
XXX
北京科技大学 材料科学与工程学院 材科 1005 班
一、试验目的与要求
1. 测定低碳钢在退火、正火和回火三种不同热处理状态下的强度与塑性。 2. 测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。 相关实验任务按照国标 GB/T228-2002 要求完成。
试样 2：S0=78.54mm2，Su=28.72mm2 Z= 78.54 − 28.72 = 63.4% 修约后，Z = 63.5% 78.54
试样 3：S0=78.23mm2，Su=24.00mm2 Z= 78.23 − 24.00 = 69.3% 修约后，Z = 69.5% 78.23
4. 应变硬化指数与应变硬化系数 真应力： S = σ(1 + ������) 真应变： e=∫ 均匀塑性变形服从 Hollomon 公式： S = K������ ������ ������������������ = ������������������ + ������������������������ 从应力-应变曲线的均匀塑性变形阶段选取部分数据点，求得 lnS 和 lne，lnS-lne 曲线的 斜率就是应变硬化指数 n，截距是 lnK，由 lnK 即可求得应力应变系数 K。 ������������ = ln(1 + ������) ������0 ������
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四、数据处理
1. 屈服强度与抗拉强度 屈服强度 （下屈服强度） 与抗拉强度由试验机直接读出三个试样的屈服强度与抗拉强度 数据已经列于表 4 中。 2. 断后伸长率 A= 试样 1：L0=50.0mm，Lu=69.26mm A= 69.26 − 50.0 = 38.5% 修约后，A = 38.5% 50.0 ������������ − ������0 ������0
4
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f) g) h) i) j)
当载荷达到最大时取下引伸计V。 继续加载直至试样断裂，取下试样。 用游标卡尺测量断后最小直径 du 和断后标距长度 LuVI。 对其他试样重复上述步骤。 处理实验数据VII
三、实验数据
1. 试样原始直径测量：
(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 =√ 6−1 = 0.14mm < 0.25mm
故测量结果满足国标 GB/T228-2002 中的要求。 4. 由试验机直接得到的数据： 表 4 由试验机直接得到的测量数据
V
取下引伸计的目的是防止引伸计超出量程而损坏，取下引伸计后应变数据由位移传感器提供。 Lu，在颈缩最小的截面上取 相互垂直的方向测量 du。 VII 按照国标 GB/T228-2002 规定，Rel，Rm 在 200N/mm2-1000 N/mm2 范wenku.baidu.com内时，修约间隔为 5 N/mm2，A 的修约间隔为 0.5%，Z 的修约间隔为 0.5%。
试样编号 1 2 3
10.04 10.00 9.98
表 1 试样原始直径测量数据 试样原始直径 d0/mm 10.02 10.04 10.02 10.02 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 9.98 10.00 10.00 10.00 9.98
1
试样原始截面积 S0/mm2 78.54 78.54 78.23
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试样 2： 根据载荷-变形数据， 计算应力应变数据， 做出应力应变曲线 （图 3） ， 选取应变在 4.0%～ 12.0%之间的 1288 组数据（此阶段对应均匀塑性变形阶段） ，计算对应的真应力、真应变， 做出 lnS-lne 曲线，使用 origin 进行线性拟合，结果如图 4 所示。
������
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试样 1： 根据载荷-变形数据X， 计算应力应变数据， 做出应力应变曲线 （图 1） ， 选取应变在 4.4%～ 13.4%之间的 1360 组数据（此阶段对应均匀塑性变形阶段） ，计算对应的真应力、真应变， 做出 lnS-lne 曲线，使用 origin 进行线性拟合，结果如图 2 所示。
试样 2：L0=50.0mm，Lu=68.12mm A= 68.12 − 50.0 = 36.2% 修约后，A = 36.0% 50.0
试样 3：无法获得断后标距，故无法计算断后伸长率。 3. 断面收缩率 Z= 试样 1：S0=78.54mm2，Su=25.67mm2 Z= 78.54 − 25.67 = 67.3% 修约后，Z = 67.5% 78.54 ������0 − ������������ ������0
试样编号 1 2 3
VIII IX
下屈服强度 Rel/Mpa 测量数据 修约数据 284.8 285 279.2 280 353.3 355IX
抗拉强度 Rm/Mpa 测量数据 修约数据 437.4 435 446.9 445 568.0 570
3 号试样为低碳钢淬火试样，在拉伸过程在试样等直段头部断裂，故无法获得断后标距数据。 3 号试样位低碳钢淬火试样，无明显屈服平台，故采用 Rρ0.2 位屈服强度
其中试样截面积������0 = 4 ������������0 2 由于每个试样的最大与最小直径差不超过 0.04mm，故全部试样均满足 R4 标准试样的 公差要求。 2. 试样断后直径测量： 表 2 试样的断后直径测量数据
试样编号 1 2 3
试样断后直径 du/mm 5.70 5.70 5.76 5.72 5.72 6.08 6.06 6.06 6.02 6.00 5.50 5.52 5.54 5.58 5.50
5.70 6.06
du 平均值/mm 最小截面积 Su/mm2 5.72 25.67 6.05 28.72 5.53 24.00
计算三个试样的断后直径测量误差： 1 号试样： ∆������������ (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 考虑到游标卡尺的测量精度为 0.02mm：∆������������ = √0.022 + 0.022 = 0.03������������ ∆������������ 0.03 = = 0.5% < 1% ������������ 5.72 故测量结果满足国标 GB/T228-2002 中的要求。
表 3 试样的断后标距测量数据 试样编号 试样断后标距 Lu/mm 1 69.24 69.34 69.2 2 68.24 67.86 68.12 68.16 68.12 VIII 3 以 2 号试样计算断后标距测量误差:
∆������������
68.24 -
Lu 平均值/mm 69.26 68.12 -
I
低碳钢回火后的抗拉强度在 600MPa 左右，R4 标准试样的直径为 10mm，估计最大试验力F = 600 × 1 10−6 × ������(10 × 10−3 )2 = 47������������ < 200������������，故 200KN 满足实验需要。
II原始直径
d0 测量方法为：用游标卡尺在等直段上选取试样的两端和中央的三个截面，每一个截面沿互相 垂直的两个方向测出直径，取最小直径计算截面积 S0。 III按照国标 GB/T228-2002 规定，R4 标准试样的尺寸公差为±0.07mm，形状公差为 0.04mm。 IV 按照国标 GB/T228-2002 规定，材料弹性模量≥150000N/mm2 时，应力速度最小为 6(N/mm2)s-1，最大为 20(N/mm2)s-1