北京科技大学低碳钢拉伸试验报告

按照 Hollomon 公式
σ t = kε tn ，左右取对数得到：ln = σ t ln ε t + n ln k 。对得到的 σ t 和
ε t 均取对数，按照得到的新的数据点绘制成 ln σ t − ln ε t 曲线，之后通过 origin 软件进行线
班级：cailiao
姓名：柚子与瓜子 仅供学习与参考，努力才是王道！
学号：87654321
低碳钢拉伸试验报告
1 试验目的
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。 测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。
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试验要求
试验温度控制在 10℃~35℃之间。 由于低碳钢弹性模量约为 206Gpa，因此根据 GB/T228-2002，在弹性范围和直至上屈服
σ=
∆L F ε= S0 ， Lo ， 应变 其中 F 为曲线上所对应的各个点的载荷，∆L 为曲线上的横坐标值。
对照图 1 的应力-应变曲线的强化阶段， 确定试验得到的应力-应变曲线的强化阶段， 将这 个阶段的数据点按照如下公式进行处理：
σt =
σ (1 + ε ) 1− ε
= ε t ln(1 + ε )
学号：8765432低碳钢试样分别采用退火、正火、淬火三种热处理工艺来进行试验测量。其 中试验材料特点如表 1 所示。 表1 材质 低碳钢 热处理 退火：将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上 30-50℃，保 温一段时间后，缓慢而均匀的在退火炉中冷却 正火：将钢加热到 Ac3 或 Acm 以上 30-50℃， 保温后在空气中冷却 淬火： 对于亚共析钢， 即低碳钢和中碳钢加热到 低碳钢 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）的过程 试验材料 特点 降低硬度，使材料便于加工， 使钢晶粒细化，消除应力 使晶粒细化， 各项机械性能均 较好 硬度大， 适合对硬度有特殊要 求的部件
低碳钢
4.2 试样 本实验中采用的试样为棒材低碳钢标准试样 R4，为棒材试样，在比例系数 k=5.65 时， R4 标准试样的尺寸如表 2 所示。 表2 试样编号 R4 截面直径 d/mm 10 R4 试样尺寸数据 原始标据 Lo/mm 50 平行长度 Lc/mm ≥55 仲裁实验 Lo+2d
过渡弧直径 r/mm ≥7.5
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试验数据处理方案
按照下表对性能结果数值进行修约： 表3 性能 性能结果数值修约参照表 范围 ≤200N/mm2 修约间隔 1 N/mm2 5 N/mm2 10 N/mm2 0.5%
ReL , Rm
＞200N/mm2~1000N/mm2 ＞1000N/mm2
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图 1 低碳钢拉伸应力-应变曲线
1)
弹性阶段： 在拉伸的初始阶段 σ 与 ε 的关系为直线 Oa，在这一阶段内，应力 σ 与应变 ε 成正比，
即在这一阶段称材料是线弹性的。 2) 屈服阶段： 屈服强度分为上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度（ 下降前的最高应力。下屈服强度（ 3) 强化阶段： 过屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增大拉力。这种现 象成为材料的强化。图 1 中对应的 de 阶段便对应强化阶段。抗拉强度是对应于最大载荷的 工程应力，即 e 点。 4) 局部变形阶段： 过 e 点后，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧减小，形成缩颈现象。降落到 f 点，试样被拉断。 断后伸长率（A）为断后标距的参与伸长（
从记录的力 - 位移曲线图，读取实验过程中的最大力，最大力除以试样原始横截面积
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（ So ）得到抗拉强度（ 根据表 3 对
Rm ） 。
Rm 进行修约处理。
6.4 应变硬化指数与应变硬化系数的计算： 根据记录的载荷 - 位移曲线，在 origin 软件上进行计算应力 - 应变曲线的计算，应力
4.3.1 试验测试内容：
原始试样直径，以及断后缩颈处最小试样直径。 标距的实际长度，以及试样拉断后原标距处拉伸后的长度。 低碳钢发生屈服时的上屈服强度、下屈服强度、抗拉强度。 低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。
4.3.2 测量仪器及设备如下：
(1)游标卡尺 a.国标 GB/T228-2002 中要求其分辨力应优于 0.1mm 或测量装置测定断后标距 Lu 准确到 ±0.25mm；原始标距 Lo 的标记应准确到±1%。 b.实验室中游标卡尺的量程为 150mm，精确度为 0.02 毫米。 (2)引伸计 a.国标 GB/T228-2002 中规定测定非比例延伸强度时应使用不劣于 1 级准确度的引伸计， 测定抗拉强度时应使用不劣于 2 级准确度的引伸计； b.实验室中使用电子引伸计规格型号为 YYU-12.5/25，即标距为 25.0mm，最大位移为 12.5mm. (3)材料试验机 a.国标 GB/T228-2002 中规定应使用 1 级或优于 1 级准确度的材料试验机。 b.实验室中的万能材料试验机的各项参数为： 最大试验力：200kN； 试验力准确度：优于示值的 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：分辨率的 0.001mm； 横梁速度范围：0.005mm/min-500mm/min； 夹具形式：标准模型拉伸附具，压缩附具，弯曲附具。 （低碳钢淬火后抗拉强度可达 600MPa，而试样直径为 10 mm，故最大试验力为：600 MPa×π(10/2 mm)2=47.1 kN<200 kN，因此试验机加载能力满足要求。 ） (4)试样标线器 国标 GB/T228-2002 中规定试样标线器标距误差±1%。
ReL ）的测定：
根据图解方法来进行测定：从实验时记录的力-位移曲线图进行读取。读出曲线图上不 计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台上的恒定力。 将其除以试样原始横截面积 （
So ）得到上、下屈服强度。 ReL = ReL 进行修约处理。 Rm ）的测定： Fmin So
根据表 3 对 6.3 抗拉强度（
ReH ）为试样发生屈服而力首次
ReL ）为在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。
Lu − Lo ）与原始标距（ Lo ）之比的百分率。 So − Su ）与原始横截面积（ So ）
断面收缩率（Z）为断裂后试样横截面积的最大缩减量（ 之比的百分率。
测量应变硬化系数与指数即通过 origin 软件拟合均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲 线来获得 Hollomon 公式
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试验步骤或程序
进行退火低碳钢试样的试验。 第一步，首先对试样进行编号，对 1 号试样进行原始横截面积（
So ）的测定。在退火
低碳钢试样标距两端及中间三处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算数平均值 do， 取用三处测得的最小横截面积。按照下式计算
So ：
1 So = π d 2 4
测量每个尺寸应该精确到±0.5%。 第二步，使用划线器在试样上标出试样的标距 Lo 。 第三步，检查试验机的夹头以及功能是否运转正常。在运转正常后开机预热十分钟。将 引伸计固定于标距之间，同时，将试样安装卡紧于拉伸试验机的夹头之间，实验中使用引伸 计来检测试样的变形量， 应保证引伸计标距应等于试样原始标距。 载荷传感器安装在固定于 试验机中可移动的下横梁与下夹头之间。 第四步，将低碳钢的夹持部分与夹头紧密夹合。 先夹持上夹头， 保持试样轴与力轴重合， 之后通过控制盒面板手动操作试验机的上夹头 下移，待上、下夹头的位置适当，并且能够保证力轴与试样轴重合时，力清零，消除试样自 重后下夹头夹紧试样。 第五步，设置实验参数，设置实验类型为拉伸试验，将载荷与位移的数值清零，选择等 位移的控制方法，设置试验机的拉伸速率为 6 mm/min，点击“实验开始”按钮，这时开始 实验，此时，在屏幕上显示载荷-下横梁位移量关系曲线。观察低碳钢试样在试验过程中的 变化。当曲线趋于平缓，因而载荷量达到最大值时，从试样上摘下引伸计，避免遭到破坏。 第六步，继续进行实验，观察试样缩颈，直至试样断裂，计算机自动终止实验，小心取 下试样，观察试样断口形貌，可以观察到试样的剪切唇。在试样拉断后，记录电脑屏幕上所 显示的载荷-位移曲线。 第七步， 将试样断裂的部分仔细的配接在一起， 使两个半试样的韧窝断口能够恰好的吻 合，并使两个半试样的轴线处于同一直线上。在缩颈最小出互相垂直方向测量直径，取其算 数平均值计算最小横截面积 Su 。断裂后最小横截面积的测定应准确到±2%。 第八步，用游标卡尺测量断后的标距划线处的长度 Lu 。在不同的位置测量六次，取其 平均值，这个数值减去原始标距 Lo ，再除以 Lo 便得到断后延伸率 A。清零载荷，之后重复 上述实验过程进行 2 号，3 号碳钢试样的测试。
试样图纸如下图所示：
图 2 试样图纸
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其中 Lt 为试样总长。 该试样的尺寸公差为±0.07mm，形状公差的要求为沿其平行长度的最大直径和最小直 径之差不应超过 0.04mm。 4.3 试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备
σ t = kε tn 中的应变硬化指数 n 和应变硬化系数 k， σ 其中 t 为真应力，
ε t 为真应变。
了解材料的强度塑性等力学性能有着重要意义， 对保证产品性能和设备安全、 节约生产 成本、提高生产效率具有着重要的参考价值。