1、低碳鋼強度及應變硬化指數的測定前言： 本實驗是測試拉伸試驗中的各種強度指標及塑性指標，并利用拉伸曲線 測定經不同熱處理工藝處理（退火、正火和淬火）的低碳鋼屈服極限及應變硬 化指數。關鍵詞： 強度指標，塑性指標，屈服極限，應變硬化指數一、不同熱處理工藝處理的實驗低碳鋼樣品概述1 、 實驗試樣的處理工藝本次試驗的三個試樣分別為經過退火、 正火和淬火三種不同熱處理的低 碳鋼試樣。退火是指將金屬或合金加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻 的熱處理工藝。其組織晶粒細小均勻，碳化物呈顆粒狀，分布均勻。正火是指將鋼件加熱到上臨界點（Ac3或A）以上30 50C或更高的溫度, 保溫達到完全奧氏體化后，在

2、空氣中冷卻的熱處理工藝。其組織可能是珠光 體、貝氏體、馬氏體或它們的混合組織,它的晶粒和碳化物細小（比退火的 晶粒更細小）,分布均勻。退火可消除過共析鋼的網狀二次碳化物。淬火是指將鋼件加熱到奧氏體化溫度并保持一定時間, 然后以大于臨界 冷卻速度冷卻,以獲得非擴散型轉變組織,如馬氏體、下貝氏體的熱處理工 藝。其組織可能為片狀馬氏體、板狀馬氏體、片狀下貝氏體或它們的混合組 織。其組織是細小的馬氏體及少量殘余奧氏體,不存在先共析鐵素體。2、試樣的基本參數試樣要進行機加工。平行長度和夾持頭部之間應以過渡弧連接,試樣頭 部形狀應適合于試驗機夾頭的夾持。 夾持端和平行長度之間的過渡弧的半徑 應為：0.75

3、d即7.5mm本次試樣直徑是10 mm原始標距為50mm平行長度Le> 55mm試樣的精度要求包括：直徑的尺寸公差為土 0.07mm形狀公差即沿試樣 的平行長度的最大直徑與最小直徑之差不應超過 0.04mm。二、實驗儀器及其參數概述1 、 實驗量工具、儀器與設備有：五十分度游標卡尺（0.02mm,20cm）、電子萬能試驗機、引伸計。2、 本次試驗的直接測量量有：游標卡尺用來刻劃原始標距，量原始試樣截面直徑、后頸縮最小處截面 的直徑和試樣斷后標距。 電子萬能試驗機的載荷傳感器用來測量拉伸過程試樣所受到的軸向載荷。 引伸計用來測量試樣在拉伸過程中的微小伸長量。電子萬能試驗機的參數如下所示:最

4、大試驗力：200KN(大于47.1 KN)試驗力準確度：優于示值的0.5%力值測量范圍：最大試驗力的 0.4%-100%變形測量準確度：在引伸計滿量程的2%-100%g圍內優于示值的1%橫梁位移測量：分辨率的0.001mm衡量速度范圍：0.005mm/mi n-500mm/mi n三、實驗過程1、給三個試樣編號，在每個試樣原始標距范圍內分別測量試樣的兩端及中央三個截面的直徑，且在每一截面取互相垂直的兩個方向各測量一次，得到數據后看數據是否符合公差要求，若符合則計算各截面的平均值，取其中最小者作為 計算直徑d。，再算出試樣的初始橫截面面積 S02、沿每個試樣平行長度范圍內的兩端涂色， 用劃線機刻

5、劃原始標距Lc=50mm的兩條標記線，在一個試樣兩端上做三個這樣的標距，每個間隔10mm3、安裝試件及引伸計4、測試 開動試驗機。開始時緩慢加載，注意加載的載荷變化和自動繪圖的情況。 加載過程中，從繪圖中觀察屈服時的載荷。當載荷出現下降或曲線發生彎 折時，說明材料發生屈服。 屈服階段后，注意觀察曲線，當載荷隨試樣伸長達到最大出現下降時， 取 下引伸計。繼續加載，注意觀察試樣變化，特別是頸縮現象。加載至試樣被拉斷時，停下試驗機，卸下試樣。5、按24步驟測試其他試樣6、將試樣斷裂的部分仔細配接在一起使其軸線處于同一直線上，之后測 量。試樣斷后標距Lu在頸縮最小處相互垂直方向測量直徑，取其算術平均

6、值計算最小橫截面面積S，得到數據后看數據是否符合公差要求7、實驗數據及處理四、實驗數據及處理1、實驗斷前與斷后原始數據的記錄表1，表2，表3分別是實驗的直接測量量原始數據，如下所示:表1原始直徑g編號測量值(mr)i平均值(mm)110.2010.2410.2010.2210.2210.2010.21210.0010.2010.2010.1010.20P 10.2010.15310.1210.1410.1810.1410.1610.1210.14表2斷后直徑血編號測量值(mmr平均值16.046.246.046.066.046.082 d5.726.006.005.925.80P 5.8935

7、.845.826.005.905.905.89表3斷后標距Lu編號測試值(mm)平均值|標準差169.4469.6269.0669.1069.0869.260.2550268.7468.90P 68.6668.6469.0068.790.1566360.5060.6060.5660.3060.5860.510.12212、實驗數據處理 原始橫截面積由表1原始數據可以算出：Sai = X 3.14 X (10.21)z = 81.83ntmz晁 W X 314 X (1M5)2= 80.87m2iS(j3 = -X3.14 X (10.14 2 = 8O.71m?n2 斷后最小橫截面積由表2原始

8、數據可以看出：1 1S 辺二=-X 3.142 X(6.082 = 29.0 mm21 , 1 “ “Su2 = 一戀d伍=-X 3.142 X (5.89)2 =茁 3441 , 1 “ “5泊-一?rd£ = - X 3442 X (S.89)2 - 27.3 mm244 斷面收縮率ZSo QZ100%So所以由和可得:81.83 一 29.080.87 一 27.380.71 - 27.3根據修約標準則修約后得?!= 64.5 66.0 66.0 % 斷后伸長率ALu LoA100%Lo所以由表3可得:6926 - 50.0X 100% = 385%50.06879 一 50.

9、0X 100% = 37.6% S0.060.51 一 50.0根據修約標準則修約后得冊二 38.5% A2 二 37.5% 為二 21.0%3、屈服強度和抗拉強度強度計算公式為："-.而由實驗數據表中可各個試樣的屈服強度為：= 278218 MPaR越=243.9097 MPa &盟=25L695 MPa則由此可各個試樣的抗拉強度強度為：Rml 二 438124 MPa Rm2 = 407.3972 aflm3 二 537.8229 Jtf Pa則修約后的屈服強度和抗拉強度以及原始數據表示在下表上:表4屈服強度和抗拉強度試樣編 號規格取大力非 比例伸長率最大試 驗力抗拉強度

10、修約后 的抗拉 強度下屈服強 度修約后 的屈服 強度單位mm%kN 丁MPaMPaMPaMPa1巾 10.221.3540635.824438.4124440278.2182802巾10.0121.2254632.061407.3972410243.90972453巾10.139.37277243.346537.8229540251.6952504、應變硬化指數和系數的計算 其中計算公式為：工程應變：-.11-:P工程應力：真應變：e 二真應力：S = u(l+£)對In(e)-ln(S)圖斜率則為應變硬化曲線指數 n，應變硬化系數K=exp (截距)通過實驗可知，各個試樣的拉伸曲線

11、為：試樣1:MPa39. 90g an麗.00450 004CICL 00 自導000 30CJa 00 2岳CL 00 2CiCi 00150a 00100 0050. 000a 00數據點E/%a/MPaS/MPae/%Intf葉12.82337.25346.772.78-3.585.8523.76368.77382.653.70-3.305.9535.25403.44424.645.12-2.976.0546.75428.65457.576.53-2.736.1358.71449.14488.248.35-2.486.19610.67461.75511.0010.14-2.296.247

12、13.41472.78536.1912.59-2.076.28815.84479.08554.9814.71-1.926.32918.04480.66567.3716.58-1.806.344.40氏907b 6022, 26.4035, 2Q圖1試樣l的I唯卜In圖= 0.274x+ 6.8538R1 = 0.9914-lnAS線性(In吧)<n(e)所以，-：V :-.-r" -947.5試樣2:50. 00a ooMPa45Ci 00迪00迪.0030CJa 0D2弓CL 0020CL 00ISO00100 000, w4.203.40L2.60802L, OQ 25P

13、2Q 55,4033P 6Q37, SO42r 00數據點a/MPaS/MPae/%tafT12.77280.80288.582.73-3.605.6623.14290.83299.983.10-3.485.7034.19316.62329.894.11-3.195.8044.87329.51345.554.75-3.055.8556.29352.44374.606.10-2.805.9367.49365.33392.687.22-2.635.9779.06378.22412.498.67-2.456.02811.23389.69433.4510.64-2.246.07912.88396.85

14、447.9512.11-2.116.10所以帥川測眷洌儷50.5試樣3:MPa數據點E/%ff/MPaS/MPae/%In*皿11.22388.54393.261.21-4.425.9721.53405.73411.941.52-4.196.0232.04429.80438.562.02-3.906.0842.63452.15464.032.59-3.656.1453.10467.62482.113.05-3.496.1864.04489.97509.763.96-3.236.2375.10508.88534.834.97-3.006.2886.16520.92552.995.97-2.826

15、.3297.06529.51566.896.82-2.696.34圖3試樣3的ln(e)-ln圖=0.2143X+ 6.9214=0.9592* lnA5線性（125所以n3=0.2143 百=郵14-1013.7五、實驗結論1、由上述對數據的處理分析可以得出：二-一二 - 一1一，J ,世;飛 X £而從上述數據可以看出，試樣1為正火工藝處理得低碳鋼試樣，正火工藝是在室溫下進行冷卻，冷卻速度大于淬火速度，小于退火冷卻速度，而 3號試樣的抗拉強度很顯然大于1 號試樣，而2號試樣也是最低的，而1號試樣和3號試樣的屈服強度也相接近， 在誤差允許范圍內，可以認為試樣1的強度、硬度和塑性都介

16、于淬火與退火之間。 其試樣的強度、硬度和塑性都介于淬火和退火之間。試樣2為退火工藝處理的低碳鋼試樣，由于退火工藝是在爐中冷卻，冷卻速度在三者中最慢，其試樣硬度、強度最低，塑性最好。試樣3為淬火工藝處理的低碳鋼試樣，淬火工藝通過水冷或油冷，冷卻速 度在三者之中最大，而在誤差允許范圍內，可認為其在三者之中的硬度、強度最 高，塑性最差。六、誤差分析1、電子萬能試驗機中的誤差2、實驗中數據的偏差 斷后直徑的誤差其相對誤差為0.08766.08X 100% = 1,440%A4 0.1245* =X 100% = 2.113% 5.89uL0,0701¥ =X 100% = 1.190% du

17、 5.89mL 斷面收縮率的誤差斷面收縮率的誤差計算公式為:而二I即為游標卡尺的最小精度范圍，即-則可知誤差分別為:(1021)3(1021)22 X 5-892 島2%2 X (5.89)磚嚴搐心麗72du. 2 X (5.89)2Ad 師 +詢=X 002 +03 爲 3(10.14)3(10.14)2X 0.02 + X 0.1245 = U% (10.15 尸2 X 5.89X 0.0701 = 0.9%斷后延伸率誤差的計算公式為gl +呻豈)斷后延伸率的誤差則可以得如下各組數據的誤差為:訴+"+鵲= 1.9%0.01+ + ) = (l + 0210)(0M+ 臺曲01221)=L5% 強度的誤差強度誤差公式為：'-'-=278.2 X(0.005 + " % 10.21A" = R迪(評+所以得各個試樣的強度誤