金属拉伸试验

拉伸试验预习报告

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

按照相关国标标准（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。 三、引言

本实验要求测定低碳钢在不同的热处理状态下的强度与塑性性能，并根据应力-应变曲线，确定应变硬化指数和系数。拉伸试验是评定金属材料性能的常用测试方法，通过该实验可以测定低碳钢的强度与硬度情况，根据所测数据，可绘制出拉伸曲线来观察金属材料塑性变形过程。在均匀塑性变形阶段可以用Hollommon公式描述金属塑性变形规律，由该公式可以得到反映材料特性的两个参量应变硬化指数n和应变硬化系数k。通过分析不同热处理下的低碳钢样品经拉伸变形的性能及塑性参数n、k的变化，可以研究低碳钢的强度与塑性性能。

试样拉伸过程中，大体经过四个阶段，其应力应变情况如图1。

图1应力应变曲线

（1）弹性阶段（Ob段）

在拉伸的初始阶段，曲线（Oa段）为一直线，应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段为线形阶段。

线性阶段后，曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。

（2）屈服阶段（bc段）

超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象称为屈服。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成450斜纹。这是由于试件的450斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最

大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。

（3）硬化阶段（ce段）

经过屈服阶段后，应力应变曲线呈上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。

若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如dd斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为加工硬化。

（4）颈缩阶段（ef段）

试样拉伸达到强度极限b之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限

b之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载

荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。 四、试验准备内容 1、试验材料与试样

退火低碳钢，正火低碳钢，淬火低碳钢的R4标准试样各一个 参数如下：

公差要求：

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。

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。

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。 试样制备：应按照相关产品标准或GB/T2975的要求切取样坯和制备试样。 2、实验设备与相关仪器 测试内容：试样初始直径距长度Lu。

实验设备：WDW-200D微机控制电子式万能材料试验机、引伸计、游标卡尺、划线工具

，标距，计算机记录载荷-伸长数据，断后最小直径

和断后标

万能试验机技术参数：

最大试验力200kN

试验力准确度优于试值0.5%

力值测量范围为最大试验力的0.4%-100% 横梁位移测量为分辨率的0.001mm

横梁速度范围在0.005mm/min-500mm/min任意设定

引伸计技术参数：在满量程的2％～100％范围内优于示值的±1% 游标卡尺参数：50分度卡尺分度值0.02mm。 划线工具：精确度为±1% 3、试验步骤或程序

（1）在相互垂直的两个方向上用游标卡尺测量试样的初始直径d，然后取平均值作为初始直径值，算出这三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积

(数值取三位有效数字)。

（2）测量试样的标距的初始值Lo，并划线标识试样标距。

（3）装卡引伸计至试样的标距内，试样两端用皮筋固定好，引伸计装好后要调整指针使之位于刻度零点。

（4）将试样安装在试验机的上下头之间。

（5） 程序调试。开动试验机，选择试验，拉伸，完成，并将载荷和位移清零，位移速度调至4mm/min，借以检查试验机工作是否正常。若一切正常，开动材料试验机，使之缓慢加载，由计算机记录载荷-伸长数据。

（6）在载荷达到最大值时取下引伸计。

（7）加载直至试样断裂，取下试样，继续测量。

（8）取下拉断试件，将两端对齐并尽量压紧，用游标卡尺测量断裂后工作段的长度Lu，测量两段断口处的直径,时，将试样断裂部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一条直线上，对于圆形横截面试样，在缩颈最小处相互垂直方向测量直径，计算其算术平均值，取其中最小者计算断口处的横截面积。 4、试验数据处理方案 1） 截面积S

12

d， 4

1S2dd，相对误差为d2Sd

绝对误差为S

直径测量要求使用分辨力不大于0.05mm的量具，结果至少保留4位有效数字。

2） 断后伸长率A

A

LuL0LL1

Luu2Lo， u1，则绝对误差为ALoL0L0Lo

A

其相对误差为

A



Lu1

LuL0

LuL0L0LuL0Lu由游标卡尺精确度确定，L0由划线精确度确定。 3）断面收缩率Z:

Z

Z

SS0Su1

Suu2S0，相对误差，绝对误差ZS0S0S0

Z

Su1

SuS0

S0SuS0S0Su

4）抗拉强度 和屈服强度



FFF

2S ，则有绝对误差为

SSS



F

1

S0.5%

1

S （测力传感器的精度为0.5%）

相对误差为

FSS

5) 应变硬化系数K和应变硬化指数n：

Hoolomon公式：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，工程应力σ，工程应变ε,真应力S，真应变e之间满足：

S(1)

l

e

l0

dl

ln(1)l

Hoolomon公式为：SKen（K为应变硬化系数, n为应变硬化指数）

然后根据上述公式，式子两边同取对数，即lnS=lnK+nlne

，得到lnS和与之对应的lne的数据。对lnS和lne进行直线拟合，则斜率为应变硬化指数n，截距为lnK，即可求出应变硬化系数K。

试件1

试件2

试件3