低碳钢拉伸力学性能.doc

第十四讲???????????????????????????????????????????????????????????????????课题：第四章 轴向拉伸与压缩 4．4 材料拉伸和压缩时的力学性能 目的任务：理解材料拉伸和压缩时的力学性能 重点:低碳钢拉伸时的力学性能 难点：屈服阶段 教学方法：多媒体 第四章 轴向拉伸与压缩 4．4 材料拉伸和压缩时的力学性能 材料的力学性能Material Properties——材料在外力作用下，其强度和变形方面所表现出来的性能（也称机械性能）。 ??? 通过试验揭示材料在受力过程中所表现出的与试件几何尺寸无关的材料本身特性。如变形特性，破坏特性等。 ??? 研究材料的力学性能的目的是确定在变形和破坏情况下的一些重要性能指标，以作为选用材料，计算构件强度、刚度的依据。 塑性材料Ductile Materials:低碳钢等 脆性材料Brittle Materials:铸铁等 ??? 本节主要介绍低碳钢和铸铁在常温(指室温)、静载(指加载速度缓慢平稳)下的力学性能。 4．4．1低碳钢拉伸时的力学性能 1.试件和设备 　标准试件:圆截面试件，标距L与直径d的比例分为，L=10d，L=5d； 　试验设备:拉力机 简图 实验 　 2.低碳钢拉伸时的力学性能 低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢，如A3钢、16Mn钢。 拉伸试验（The Tensile Test）：绘出　F- 曲线（载荷——变形） ??? 由于F- 曲线与试样的尺寸有关，为了消除试件尺寸的影响，常采用应力应变曲线，即???曲线来代替F-曲线。 ???曲线（Stress-Strain Diagram）： 低碳钢试件拉伸时的???曲线 　 1．弹性阶段 比例极限σp Elastic deformation oa段：在拉伸的初始阶段应力?与应变?为直线关系直至a点， 此时a点所对应的应力值称为比例极限，用?p表示。? 虎克定律Hooke’s Law: ????????????????????????? ????????????????????????? 当??p，有 　 它表示应力与应变成正比，即有 E为弹性模量Modulus of Elasticity aa′段，已不再是直线，说明材料已不符合虎克定律。但在aa′段内卸载，变形也随之消失，说明aa′段也发生弹性变形， oa′段称为弹性阶段。a′点所对应的应力值记作?e ——弹性极限elastic limit 弹性极限与比例极限非常接近，近似地用比例极限代替弹性极限。 2．屈服yield阶段 屈服点?s(屈服极限) bc段：屈服——应力超过弹性极限后继续加载，会出现一种现象，即应力增加很少或不增加，应变会很快增加，这种现象称之。 屈服极限——开始发生屈服的点所对应的应力，又称屈服强度yield stress。 ??? 在屈服阶段应力不变而应变不断增加，材料似乎失去了抵抗变形的能力，因此产生了显著的塑性变形。——此时若卸载，应变不会完全消失，而存在残余变形，也称塑性变形。所以?s是衡量材料强度的重要指标。 3．强化strain hardening阶段 抗拉强度?b cd段：越过屈服阶段后，如要让试件继续变形，必须继续加载，材料似乎强化了，cd 段即强化阶段。 强度极限——应变强化阶段的最高点（d 点）所对应的应力。它表示材料所能承受的最大应力。 　　 过d点后，即应力达到强度极限后，试件局部发生剧烈收缩的现象，称为颈缩necking，进而试件内部出现裂纹，名义应力下跌，至e点试件断裂rupture。 变形过程： 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段? 重要指标： 比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限 5．塑性指标 ??? 试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保留下来。工程上用试件拉断后遗留下来的变形表示材料的塑性指标。 (1) 伸长率 (2) 断面收缩率 式中，L1为试件拉断后的标距，L是原标距；A1为试件断口处的最小横截面面积，A为原横截面面积。显然?、? 值越大，其塑性越好。 ??≥5％的材料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等； ???5％的材料称为脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等。 4．4．2低碳钢压缩时的力学性能 ??? 认为低碳钢的抗拉性能与抗压性能是相同的。屈服阶段以后，试件会越压越扁，先是压成鼓形，最后变成饼状，故得不到压缩时的抗压强度。 4．4．3其他塑性材料拉伸时的力学性能 　 ??? 对于没有明显屈服阶段的塑性材料，常用其产生0.2%塑性应变所对应的应力值作为名义屈服点，称为屈服强度，用 ?0.2表示。 4．4．4铸铁拉(压)时的力学性能 铸铁拉伸 1．抗拉强度?b 实验演示 ??? 曲线没有明显的直线部分和屈服阶段，无缩颈现象而发生断裂破坏，塑性变形很