第1章金屬拉伸曲線

1、1金屬力學(xué)性能 第1章 金屬拉伸性能2本章內(nèi)容金屬力學(xué)性能基本概念單向拉伸試驗(yàn)特點(diǎn)拉伸曲線拉伸力學(xué)性能指標(biāo)幾個(gè)基本概念3力學(xué)性能強(qiáng)度成形性剛度韌性耐久性拉伸屈服壓縮彎曲剪切蠕變延伸率斷面收縮率彎曲曲率模量彎曲模量沖擊強(qiáng)度缺口敏感性磨損阻力疲勞強(qiáng)度金屬的服役性能與力學(xué)性能相關(guān)拉伸測試沖擊試驗(yàn)硬度試驗(yàn)金屬力學(xué)性能基本概念4金屬力學(xué)性能基本概念：應(yīng)力及應(yīng)力類型力 變形方式 應(yīng)力類型單向應(yīng)力剪切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)力矩彎曲力矩拉伸伸長 壓縮壓縮剪切剪切扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)彎曲彎曲工程構(gòu)件可能受到的應(yīng)力類型有：拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲 等5單向拉伸試驗(yàn)特點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)：單向拉應(yīng)力，應(yīng)力狀態(tài)簡單，最常用的力學(xué)性能試驗(yàn)方法拉伸試驗(yàn)

2、反映的信息：彈性變形、塑性變形和斷裂（三種基本力學(xué)行為），能綜合評定力學(xué)性能。通過拉伸試驗(yàn)可測材料的彈性、強(qiáng)度、延伸率、加工硬化和韌性等重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它是材料的基本力學(xué)性能。a.在工程應(yīng)用中，拉伸性能是結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一。b.提供預(yù)測材料的其它力學(xué)性能的參量，如抗疲勞、斷裂性能。c.研究新材料，或合理使用現(xiàn)有材料和改善其力學(xué)性能時(shí)，都要測定材料的拉伸性能。注意：拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)、加載速率、溫度、試樣等都有嚴(yán)格規(guī)定（方法：GB/T228-2002；試樣：GB/T6397-1986）。6單向拉伸試驗(yàn)特點(diǎn)可移動橫梁試樣載荷與位移讀數(shù)載荷和運(yùn)動控制 試驗(yàn)條件和樣品要符合標(biāo)準(zhǔn) 工程應(yīng)力

3、：engstress = P/A0A0 原始截面積真應(yīng)力：truestress = P/AA = 實(shí)時(shí)截面積7單向拉伸試驗(yàn)特點(diǎn)：應(yīng)力ABFAs = F/A(單位: N/m2 or Pascal (Pa)8單向拉伸試驗(yàn)特點(diǎn)：應(yīng)變 應(yīng)變用來描述塑性變形和彈性變形程度單位長度上的變化量： e = DL / L0無單位 (m/m, mm/mm)9單向拉伸試驗(yàn)特點(diǎn)：應(yīng)力與應(yīng)變舉例 圖中絲的截面積為1 mm2, 長度為 100 mm . 在絲的下方懸掛10 Kg物體，絲的長度變成了 100.5 mm. 計(jì)算：絲中的應(yīng)力；絲的應(yīng)變量10Kg10 應(yīng)力：9.810/1 （N/ mm2)98106 Pa98MP

4、a 應(yīng)變：(100.5-100)/100=0.0050.5%11拉伸曲線12典型的拉伸曲線sss= s0.2sssssbeeeeee13彈性變形階段14屈服點(diǎn)15屈服發(fā)生后的卸載16均勻塑性變形階段17頸縮階段18拉伸曲線：彈性變形 原子間的距離發(fā)生伸長和縮短，但原子間的結(jié)合鍵并沒有發(fā)生破壞 卸載后變形迅速恢復(fù)19拉伸曲線：塑性變形 相鄰原子改變，改變后又會迅速產(chǎn)生新的平衡 卸載后產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形20塑性變形一定導(dǎo)致斷裂嗎？一些材料可以承受一定的塑性變形而不破壞wire21基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 施加的應(yīng)力必須小于材料的強(qiáng)度 強(qiáng)度就是材料變形和斷裂的臨界應(yīng)力22 大多數(shù)的工程材料都可以看作彈性體，

5、因此彈性模量具有普遍性 彈性系數(shù)和彈性模量的區(qū)別拉伸力學(xué)性能指標(biāo)（1）彈性模量E F= kx23彈性模量E: 單純彈性變形過程中應(yīng)力與應(yīng)變的比值。eEs24stressstrainAB應(yīng)力應(yīng)變A= 剛度大B=剛度小剛度與彈性模量的區(qū)別25材料的彈性模量具有組織不敏感性！26懸臂梁撓度與彈性模量聚苯乙烯鋁鋼27（2）比例極限定義：滿足線性關(guān)系的所能達(dá)到的最大應(yīng)力。tg1.5tg 偏離50此時(shí)，p50如果偏離25或10，記做p25,p10也可以：P/A0意義：強(qiáng)調(diào)正比例關(guān)系，是彈性零件必須滿足的性能指標(biāo)。如彈簧秤 p5028（3）彈性極限定義：發(fā)生彈性變形，而不發(fā)生塑性變形的最大應(yīng)力。規(guī)定一個(gè)小的

6、塑性變形量對應(yīng)的應(yīng)力值作為彈性極限，如0.005%, 0.01%, 0.05%. 此時(shí)彈性極限分別記做：0.005, 0.01, 0.05 也可以：P/A0意義：強(qiáng)調(diào)不發(fā)生塑性變形；（比例極限強(qiáng)調(diào)符合正比例關(guān)系）。一般的彈性件，如緊固螺栓29對于拉伸曲線上有明顯的屈服平臺的材料，塑性變形硬化不連續(xù)，屈服平臺所對應(yīng)的應(yīng)力即為屈服強(qiáng)度，記為ssss = Ps / A0對于拉伸曲線上沒有屈服平臺的材料，塑性變形硬化過程是連續(xù)的，此時(shí)將屈服強(qiáng)度定義為產(chǎn)生0.2% 殘余伸長時(shí)的應(yīng)力，記為0.2 ss = 0.2 = P0.2 / A0（4）屈服強(qiáng)度303132 小塑性變形抗力指標(biāo)33 抗拉強(qiáng)度sb： 定

7、義為試件斷裂前所能承受的最大工程應(yīng)力，以前稱為強(qiáng)度極限。取拉伸圖上的最大載荷，即對應(yīng)于b點(diǎn)的載荷除以試件的原始截面積，即得抗拉強(qiáng)度之值，記為bb = PmaxA0 （5）抗拉強(qiáng)度34 拉伸斷裂時(shí)的真應(yīng)力稱為真實(shí)斷裂強(qiáng)度，記為f 。試驗(yàn)時(shí)測出斷裂點(diǎn)的截荷Pf，試件的最小截面積Af，則斷裂時(shí)的平均真應(yīng)力，即平均斷裂強(qiáng)度值，f表示如下f = Pf / Af 通常在拉伸試驗(yàn)中，不測定斷裂強(qiáng)度。在這種情況下，可以根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式估算斷裂強(qiáng)度f =b（1+k） （6）真實(shí)斷裂強(qiáng)度35 大塑性變形抗拉指標(biāo)36條件斷面收縮率： 斷面收縮率是評定材料塑性的主要指標(biāo)。%10000AAAK（7）條件斷面收縮率37條

8、件延伸率： 材料的塑性常用延伸率表示。測定方法如下：拉伸試驗(yàn)前測定試件的標(biāo)距L0，拉伸斷裂后測得標(biāo)距為Lk，然而按下式算出延伸率%10000LLLK（8）條件延伸率38極限延伸率極限延伸率等于試樣斷裂后的總條件延伸率， K LK /L0100其中LK LE LN試驗(yàn)總結(jié)得出：LEL0，其中是常數(shù)LN A0，其中 是常數(shù)，A0是試樣的原始截面積因此：K LK /L0100（ L0 A0）/L0100 A0/L0極限延伸率與試樣尺寸A0和L0的比值有關(guān)。如果是細(xì)長試樣，A0/F0比值小，試樣極限延伸率?。环粗畡t大。為此國家標(biāo)準(zhǔn)對拉伸試樣樣品尺寸作出規(guī)定。兩種：10倍試樣： L010A0，延伸率記為

9、10；5倍試樣： L05A0，延伸率記為539 依據(jù)體積不變原理，縱向伸長，那么橫向必然收縮n = - 橫向應(yīng)變 = - ey 范圍： 0 到 0.5 大多數(shù)工程材料 0.3 Al = 0.33, Zr = 0.31, Pb = 0.42, Nylon = 0.4, 硬塑料= 0.43, 反泊松比材料 幾個(gè)基本概念：泊松比40 體模量（壓縮彈性模量）： 0.5的情況 大于0.5的情況 小于0.5的情況41脆性與韌性斷裂前不發(fā)生明顯塑性變形脆性 玻璃、陶瓷、硬塑料 高強(qiáng)度鋼斷裂前發(fā)生明顯塑性變形韌性 低強(qiáng)度鋼、銅、鋁、鉛42Brittle fractureDuctile fracture”脆性斷

10、裂”所需的能量：分開原子新表面的表面能”韌性斷裂”所需的能量：分開原子新表面的表面能+塑性變形消耗的能量（遠(yuǎn)大于前兩者之和）脆性斷裂韌性斷裂43應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力塑性材料脆性材料玻璃、陶瓷下面兩種材料強(qiáng)度相近，誰的韌性大？44彈性能x 彈性能45思考 那種材料彈性模量最大？（A） 哪種材料脆性最大？（C） 那種材料塑性最好？（A） 那種材料韌性最好？ （A） 比較強(qiáng)度： 屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 斷裂強(qiáng)度 應(yīng)變應(yīng)力46思考題1）有頸縮材料的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線分為幾個(gè)變形階段？2）敘述金屬拉伸力學(xué)性能指標(biāo)的物理意義和測量方法。3）推導(dǎo)極限延伸率計(jì)算公式。說明5倍拉伸試樣和10倍拉伸試樣測量得到的極限延伸率差別的原因？4）一個(gè)直徑為2.5mm，長度200mm的桿，在載荷2000N作用下，直徑縮小為2.2mm，計(jì)算：a）桿的最終長度（體積不變原理）；b）該載荷作用的真應(yīng)力與真應(yīng)變；c）該載荷作用下的條件應(yīng)力與條件應(yīng)變。47思考題1）美國哥倫比亞號航天飛機(jī)解體，從材料上看原因是什么？2）