金属拉伸试验预习报告

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一、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
二、试验要求
按照相关国家标准(GB/T228-2002:金属材料室温拉伸试验方法)要求完成试验测量工作(标准的具体内容列于“四、试验准备内容”中)。

三、引言
试验的目的是测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同状态下的强度与塑性性能;并测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。

试验的原理是用适当的仪器拉伸试样,一般至试样断裂,用适当的测量工具量测试样的原始标距(L0)、断后标距(L u)、试样直径(d)以及试样断裂后缩颈处最小直径(d u),并读出最大拉伸力(P m)和试样应变为0.2时对应的拉力(P0.2);之后根据计算公式对试验数据进行处理得出断后伸长率(A)、断面收缩率(Z)、抗拉强度(R m)、非比例延伸强度(R P0.2)等,最后进行误差分析。

运用得出的数据,根据Hollomon公式以及线性拟合计算低碳钢的应变硬化指数n和应变硬化系数k。

试验一般在室温10℃~30℃的温度范围内进行,若对温度有严格要求,则温度应控制在23℃±5℃范围内。

四、实验准备内容
4.1 试验材料与试样
4.1.1 试验材料
表1 试验材料
4.1.2 试样
本试验采用国标GB/T228-2002中规定的R4圆形截面比例试样。

表2 R4比例试样参数
图1 低碳钢拉伸试验R4试样
4.2 试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备
试验中需要直接测量的物理量有:试样的原始标距(L0)、断后标距(L u)、试样直径(d)以及试样断裂后缩颈处最小直径(d u);试验机加载过程中的载荷(P)、标距段试样的长度改变量(ΔL)、试验机的横梁位移测量。

(1)游标卡尺
a.国标GB/T228-2002中要求其分辨率应优于0.1mm,准确到±0.25;
b.实验室中游标卡尺的量程为150mm,精确度为0.02毫米。

游标卡尺用来测量试样的原始标距(L0)、断后标距(L u)、试样直径(d)以及试样断裂后缩颈处最小直径(d u)。

(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,其规格为12.5/25,即标距为25mm,最大位移为12.5mm;精度在2%~100%FS内,精度优于示数的1%;变形传感器的精度为0.5级。

(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型号是“WDW-200D微机型控制电子式万能材料试验机”,其各项参数为:
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;
衡量速度范围:0.005mm/min~500mm/min;
载荷传感器的精度:0.5级。

(4)试样标线器
实验室中的试样标线器的规格为:每格10mm,一共10格;标距误差±1%。


4.3 实验步骤或程序
(一)实验前准备(由实验室老师完成)
1. 试样准备,包括加工和热处理;
2. 试验机和相关仪器、工具的准备。

(二)拉伸试验的准备(学生完成)
1. 将试样进行编号(每根试样的热处理信息未知,需由测量分析得出);
2. 测量试样的原始直径。

在试样标距范围内的两端和中间取三个横截面,每个横截面的相互垂直的方向上个测量一次,每根试样一共得到6个值,取其平均值得到每根试样的原始直径值;
2. 用试样标线器在每根试样上标识标距,每根试样用游标卡尺测量测量3次
后取平均值得到其原始标距值;
3. 在万能材料试验机上装卡试样;
4. 安装引伸计,确保引伸计与计算机正确相连并可用;
5. 进行试验。

通过计算机对试验机参数进行设置,之后启动加载程序,记录“力-延伸曲线”、上下屈服点对应的力、试验过程中的最大力;在达到最大力之后,取下引伸计,试验机继续加载直至试样断裂;停止试验机;
6. 取下试样,将两段试样沿断口对齐,用游标卡尺测量断后标距,测量3次取算数平均值;断口处最小直径,相互垂直的方向上各测量一次后取算数平均值;
7. 数据处理。

4.4 试验数据处理方案
1. 对试验数据的有效性进行初步分析,原则上只有断裂处与最接近的标距标记的距离不小于原始标距的三分之一情况方为有效(GB/T228-2002);
2. 将试样的尺寸参数输入计算机,绘制“应力-应变曲线”;
3. 进行数据处理:
a. 断后伸长率,
L0、L u的测量应准确到±0.25mm;
b. 断面收缩率
横截面原始面积:S0=,
横截面断后缩颈处最小面积:S u=
断面收缩率:
表3 量具或测量装置的分辨力
试样横截面尺寸/mm 分辨力不大于/mm
﹥2.0~10.0 ﹥10.0 0.01 0.05
R4试样的横截面直径为10mm,因此本试验中量具的分辨力应不大于0.01mm;
断裂后最小横截面积的测定应准确到±2%
c. 规定非比例延伸强度
在“力-延伸曲线”上划一条与曲线的弹性直线段部分平行,且在延伸轴上与此直线段的距离等效于规定非比例延伸率0.2%的直线,此平行线与曲线的交截点给出相应于所求规定非比例延伸强度的力
规定非比例延伸强度:
d. 抗拉强度
对于呈现明显屈服现象的金属材料,读取过了屈服阶段之后的最大力;对于呈现无明显屈服现象的金属材料,读取试验过程中的最大力
抗拉强度:
e. 应变硬化指数n和应变硬化系数K
1) 在前面所绘制的“应力-应变曲线”上均匀变形阶段取有代表性的6个点;
2) 根据工程应力、工程应变和真应力、真应变之间的关系

得出真应力和真应变;
3) 根据Hollomon公式,两边取对数得,
将其抽象为Y=nX+b,进行线性拟合,其中Y=lnS,X=lne,b=lnK,经过计算得出应变硬化指数n和应变硬化系数K。

4. 误差分析
标距——方差
A,Z——误差传递公式
载荷精度和变形量的精度是什么?
修约规定。