金屬材料靜態(tài)拉伸試驗

1、實驗報告姓名班級學(xué)號成績實驗名稱金屬材料靜態(tài)拉伸試驗實驗?zāi)康氖箤W(xué)生進(jìn)一步深入了解材料在靜拉伸條件下拉伸曲線的測 試，表征的主要力學(xué)性能指標(biāo)，力學(xué)性能指標(biāo)的計算方法、物 理意義及其在工程應(yīng)用中的應(yīng)用。掌握金屬材料的屈服強度、 抗拉強度、延伸率、斷面收縮率的測試與計算方法，并了解這 些指標(biāo)在工程應(yīng)用中的實際意義。實驗設(shè)備1、電子拉伸材料試驗機一臺，型號CSS-88100；2、位移傳感器一個；3、刻線機一臺；4、游標(biāo)卡尺把；試樣示意圖nR10 .捌0.y /V1痿藥字 二 一方一 L四J_55_翹醉玉.工徊分圖1圓柱形試樣示意圖試樣宏觀斷口示意圖1剪切唇1、纖維區(qū) 廠入人120#鋼（正火態(tài)）宏觀斷口

2、示意圖2、 F與軸線尸45度方鋁合金宏觀斷口圖試驗拉伸圖圖2鋁合金試樣靜拉伸斷裂和斷口圖（斷口為和試樣中軸線大約成45角的纖維狀斷口，沒有頸縮，應(yīng)該為為切應(yīng)力達(dá)到極限，發(fā)生韌性斷裂。）圖3 20#鋼（正火態(tài)）靜態(tài)拉伸斷裂和斷口圖（20#鋼試樣在拉斷之后，斷口附近明顯產(chǎn)生頸縮。斷口處可以看出有三個區(qū)域：1.試樣中心 的纖維區(qū)，表面有較大的起伏，有較大的塑性變形；2.放射區(qū)，表面較光亮平坦，有較細(xì)放射狀 條紋；3.剪切唇，軸線成45角左右的傾斜斷口。）原始數(shù)據(jù)記錄1、表1試樣的原始始直徑測量數(shù)據(jù)左中右平均值8.708.728.68鋁合金8.688.708.708.698.648.728.709.9

3、010.0010.0020# 鋼9.9210.0010.009.9710.0010.009.92試樣的原始標(biāo)距匕50 mm2、表2鋁合金拉斷后標(biāo)距測量數(shù)據(jù)記錄（單位：mm）ABBCAB+2BC平均12.3223.1658.6424.0217.4658.9458.79鋁合金拉斷后的斷面直徑平均值7.96mm3、20#鋼拉斷后的平均標(biāo)距為Lu =69.53 mm斷口的直徑平均值為du=6.00 mm。數(shù)據(jù)處理1、20#鋼（正火態(tài)）試樣（有明顯屈服平臺的材料） 20#鋼正火材料試樣的載荷-位移曲線見圖4。（1）由圖4可得各特征載荷值及對應(yīng)的位移值：比例伸長力Fp = 20.6 kN 最大載荷 七=3

4、7.5 kN下屈服力F i = 24.5 kN斷裂載荷Ff = 27.1 kN斷裂后塑性伸長ALf = 21.4 mm斷裂后彈性伸長AL = 2.4 mm（2）計算各強度指標(biāo)比例強度:F=p =S04 Fp-兀d 24 x 20 一6 GPa=263.9MPa 兀 x 9.972下屈服強度:R = F = 4 X 24.5 GPa=313.8MPa e/ S0 兀 X 9.972.一、Fm 4x37 5抗拉強度：R =.5 GPa=480.6MPam S0兀 X 9.972斷裂強度:F 4 x 27.1 R =-f =GPa=347.1MPaf S0 兀 x 9.972（3）計算塑性指標(biāo)（斷后

5、伸長率和斷面收縮率）斷后伸長率：A = Lu - L0 x100% = 695350 x100% = 39.06%L050斷面收縮率：7_S -SZ 0iS01,1,ux 100% = 4“d4 d x100%兀d 24 09.972-6.0029.972x100% 63.78%2、鋁合金試樣(不具明顯的屈服平臺)鋁合金材料試樣常溫拉伸實驗載荷-位移曲線如圖5。由于鋁合金材料不具有明顯的物理屈服平臺，其屈服強度一般定義為“規(guī)定非比例 延伸強度”Rp02。即在橫軸上取應(yīng)變?yōu)?.2%的點，過該點作平行于載荷-位移曲線彈性 段的直線線與載荷-位移曲線相交，交點對應(yīng)的載荷值即為F02。則條件屈服強度R

6、p02為： R =-02Q0由圖5可得各特征力值分別為：比例伸長力F = 19.0kN ；條件屈服載荷F 02 = 25.7 kN ；最大力F = 34.6 kN由各特征力值求得各強度指標(biāo)為：比例強度：R =-p- = 0 GPa=320.3MPa p S0 兀d02 冗 x 8.692由公式甲得，條件屈服強度：R = FP02 4F = 4x 25/7 GPa=433.3 MPaP0.2S 兀 d 2 兀 x 8.692抗拉強度：R = F = 4 x346 GPa=583.4 MPa m S n x 8.692計算塑性指標(biāo)(斷后伸長率和斷面收縮率)：斷后伸長率：A = 0 x 100% x

7、 100% = 17.58%L050斷面收縮率：1 17 S - S Z S0u x100% 4 d4 d： x100%兀d 2408.692-7.9628.692x100% 16.10%兩種材料的常溫拉伸實驗數(shù)據(jù)如下：表3 20#鋼正火態(tài)試樣常溫靜態(tài)拉伸實驗數(shù)據(jù)表初始截面積初始標(biāo)距斷后伸長比例伸長下屈服力最大力斷裂力So(mm2)Lo(mm)率 A(%)力 Fp(kN)Fel(kN)Fm(kN)FF(kN)78.0750斷后標(biāo)距39.0620.6比例強度24.5下屈服強37.2抗拉強度27.1斷裂強度斷后截面積斷面收縮 率 Z(%)Su(mm2)Lu(mm)Rp(MPa)度Rel(MPa)R

8、m(MPa)RF(MPa)28.2769.5363.79263.9313.8476.5347.1表4鋁合金試樣常溫靜態(tài)拉伸試驗數(shù)據(jù)表初始截面積So(mm2)初始標(biāo)距Lo(mm)斷后伸長率A(%)比例伸長力 Fp(kN)條件屈服力Fp0.2(kN)最大力Fm(kN)59.3150.0017.5819.025.734.6斷后截面積斷后標(biāo)距斷面收縮率比例強度條件屈服強度抗拉強度Su(mm2)Lu(mm)Z(%)Rp(MPa)Fp0.2(MPa)Rm(MPa)49.7658.7916.10320.3433.3583.4實驗分析與誤差1、實驗分析本實驗是金屬材料的靜態(tài)拉伸實驗。用CSS-88100電子萬

9、能試驗機分別對鋁合 金和20#鋼試樣進(jìn)行靜態(tài)拉伸實驗，并測繪出不同試樣的載荷-位移曲線，從中讀出 20#鋼的屈服強度Rel、抗拉強度Rm和鋁合金的條件屈服強度Rp、抗拉強度Rm。從 而計算出兩者的塑性指標(biāo)一一斷后延伸率A和斷面收縮率Z。對拉伸斷口進(jìn)行觀察分 析，了解兩種不同材料的不同斷裂方式和斷裂特點。2、主要誤差來源人為誤差：刻畫標(biāo)距時產(chǎn)生誤差，測量試樣的長度和直徑時產(chǎn)生誤差，作圖時 產(chǎn)生誤差。儀器固有誤差：拉伸試驗機的自身的固有誤差，以及測量游標(biāo)卡尺的誤差；計算誤差：在計算過程中保留有效數(shù)字時產(chǎn)生誤差。3、 實驗設(shè)備及特征 本次靜態(tài)拉伸實驗的拉伸設(shè)備是CSS-88100電子萬能試 驗機，它

10、具有高性能的負(fù)荷機架，先進(jìn)的機械傳動機構(gòu)，適用于金屬、非金屬、復(fù)合 材料的拉伸、壓縮、彎曲試驗?？蓪υ囼灁?shù)據(jù)實時采集、運算處理、實時顯示并打印 結(jié)果報告。程序具有采集數(shù)據(jù)、繪制曲線、曲線局部放大或縮小、曲線單顯或多條曲 線疊加對比、打印預(yù)覽及人工有效修訂數(shù)據(jù)等功能。提高金屬材料的屈服強度有哪些方法？使用已學(xué)過的專業(yè)知識就每種方法各舉一個例子。答：1）固溶強化：材料表面進(jìn)行滲碳、滲氮等提高材料的屈服強度。2）形變強化：汽車外殼采用沖壓技術(shù)提高強度。3）沉淀強化和彌散強化：粉末冶金。4）晶粒和亞晶強化：材料的高溫退火處理，減小品粒，提高強度。（3）為什么材料的塑性要以延伸率和斷面收縮率這兩個指標(biāo)來

11、衡量？他們在工程上 有什么實際意義？答：為了確定材料的塑性變形能力以及量化比較其塑性變形能力，而且保證塑性 的度量標(biāo)準(zhǔn)真正反映材料本身的塑性好壞，而不受試樣的長度和幾何形狀的影響，故 采用延伸率和斷面收縮率這兩個指標(biāo)來衡量。斷后延伸率越大，斷面收縮率越大，材 料的塑性就越好，反之相反。而且實驗表明：斷面收縮率和材料的缺口敏感度有一定 的關(guān)系，斷面收縮率較低時，材料就對缺口比較敏感。實驗報告三姓名堅永鑫班級材料94學(xué)號2009021088成績實驗名稱金屬材料形變硬化指數(shù)(n)的測定實驗?zāi)康膶W(xué)會根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制條件應(yīng)力一條件應(yīng)變曲線熟悉根據(jù)拉伸實驗的條件應(yīng)力-應(yīng)變曲線計算形變硬化指 數(shù)。實驗設(shè)備1

12、、電子拉伸材料試驗機一臺，型號CSS-88100；2、位移傳感器一個；3、千分尺一把；試樣示意圖見實驗圖1實驗拉伸圖見實驗圖4和圖5實驗數(shù)據(jù)處理1、20#鋼(正火態(tài))試樣形變硬化指數(shù)計算根據(jù)圖5,在均勻塑性變形階段等間隔取6個測量點，記錄其載荷和對應(yīng)的位 移：表5 20#鋼正火態(tài)試樣形變硬化指數(shù)計算取點的載荷與位移值取點編號123456載荷 Fi(kN)28.93233.19635.59936.82337.36437.468位移 ALi(mm)4.1736.1418.38210.73513.20315.547由表5中的載荷和位移值計算其對應(yīng)的真實應(yīng)力根據(jù)均勻塑性變形體積不變原則，S0L0 =

13、SL (i = 1,2, ,6)則各點處的真實截面積為：S = 名=盤%i LL0 + AL所以，真實應(yīng)力為：。=F=4F(%+七)i S冗 d 2 Li0 0由上式，得表6：表6 20#鋼正火態(tài)試樣各點真實截面積和真實應(yīng)力值取點編號123456真實截面積 Si(mm2)72.0669.5366.8664.2761.7659.55真實應(yīng)力 oi(MPa)401.5477.4532.4573.1605.0629.2（3）計算20#鋼（正火態(tài)）試樣的形變硬化指數(shù)和強度系數(shù) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 根據(jù)Hollo

14、man公式，即 。=ks nQC :真實應(yīng)力（MPa）； s :真實應(yīng)變；k :強度系數(shù)（MPa）； n :硬化指數(shù) 將上式兩邊取對數(shù)得，lgc =lgk + nlgsQ所以，只要通過作lgc-lg s曲線，擬合直線，得到的直線斜率就為硬化指數(shù)n。根據(jù)s,=牛 計算真實應(yīng)變，得到表7數(shù)據(jù)：0表7 20#鋼（正火態(tài)）試樣拉伸的lg lg s值取點編號123456應(yīng)變0.0830.1230.1680.2150.2640.312lg-1.081-0.910-0.775-0.668-0.578-0.506lg。2.6042.6792.7262.7582.7822.799使用最小二乘法，得到lgC-lg

15、s的擬合曲線，如圖8：2.852.8lg C2.752.72.652.6 -1.1-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4 TOC o 1-5 h z lgs:圖8 20#鋼正火態(tài)試樣最小二乘法擬合lgo - lg的曲線根據(jù)圖線，得到直線斜率n=0.337，截距為lgk=2.978，所以k=950.6 MPa即20#鋼正火態(tài)試樣形變硬化指數(shù)n=0.337，強度系數(shù)k=950.6 MPan值的標(biāo)準(zhǔn)偏差S（n）=0.0190，相關(guān)度Q=0.994所以 n 值的變異系數(shù)為：V（n）二 % =0.019090.337=0.056。n2、時效鋁合金試樣形變硬化指數(shù)計算同20#鋼（正火態(tài)）試樣

16、形變硬化指數(shù)方法類似，在圖7中取6個測量點，記錄 每個點的載荷及對應(yīng)位移，得表9表9時效鋁合金試樣形變硬化指數(shù)計算相應(yīng)數(shù)據(jù)表取點載荷位移真實截面積真實應(yīng)力真實應(yīng)lglg。編號Fi(kN)ALi(mm)Si(mm2)oi(MPa)8 變i124.9893.53255.40451.10.071-1.1492.654228.3995.03253.89527.00.100-1.0002.722331.0696.67152.33593.70.133-0.8762.774432.8908.30250.86646.30.166-0.7802.810534.07310.03249.40689.70.201-0

17、.6972.839634.63311.86547.94722.40.237-0.6252.859使用最小二乘法，得到lgb-lg8的擬合曲線，如圖9,2.9lgb2.82.752.7-1.3-1.2-1.1-1 lg 8 -O-0.8-0.7-0.62.85圖9時效鋁合金最小二乘法擬合lg。- lg的曲線圖9時效鋁合金最小二乘法擬合lg。- lg的曲線根據(jù)圖線，得到直線斜率n=0.394，截距l(xiāng)gk=3.113，所以k=1297.2 MPa 即20#鋼（正火態(tài)）試樣形變硬化指數(shù)n=0.394，強度系數(shù)k=1297.2 MPan值的標(biāo)準(zhǔn)偏差S（n）=0.0174，相關(guān)度Q=0.997。所以 n 值的變異系數(shù)為：V（n）= 土 =0.017490.394=0.044。 n表10兩種材料的形變硬化指數(shù)計算結(jié)果材料形變硬化指數(shù)n強度系數(shù)k（MPa） 變異系數(shù)V（n）線性相關(guān)度Q20# 鋼0.337鋁合金0.394950.60.0560.9941297.20.