材料在拉伸时的力学性能 (1)讲解.ppt

机械工业出版社数字化设计与制造技术知识点:xxx*生产线数字化仿真技术——材料在拉伸时的力学性能赵千里材料的力学性能是指材料在外力作用下其强度和变形性能。它是强度计算和选用材料的重要依据，一般由试验来确定。本节只讨论在室温和静载条件下材料的力学性能。静载是指从零开始缓慢地增加到一定数值后不再改变的载荷。拉伸实验是研究材料的力学性能最常用的实验。为便于比较实验结果，试件必须按照国家标准(GB/T228-1987)加工成标准试件。圆截面的拉伸标准试件如图。试件的中间等直杆部分为实验段，其长度l称为标距，试件较粗的两端是装夹部分。标距l与直径d之比有l=10d和l=5d两种。而对矩形截面试件，标距l与横截面面积A之间的关系规定为。..ld..lA一、拉伸实验和应力一应变曲线或拉伸实验在万能实验机上进行。先装夹试件，然后加载。试件受到由零逐渐增加的拉力F的作用，发生伸长变形，直到断裂。一般实验机上附有自动绘图装置，在实验过程中能自动绘出载荷F和相应的伸长变形的关系曲线，称为拉伸图或F—?l曲线。F?l拉伸图的形状与试件的尺寸有关。为了消除试件横截面尺寸和长度的影响，将载荷F除以试件原来的横截面面积A，得到应力?；将变形除以试件原长l，得到应变?，这样的曲线称为应力—应变曲钱(?-?曲线)。?-?曲线的形状与F-?l曲线相似。根据?-?曲线，低碳钢的拉伸过程可分为以下四个阶段：1）线弹性阶段?P比例极限2）屈服阶段?s屈服极限是衡量材料强度的重要指标3）强化阶段?b强度极限4）颈缩破坏阶段???P?e?s?b?e弹性极限AABCDEO低碳钢是工程上广泛使用的金属材料，它在拉伸时表现出来的力学性能具有典型性。上图是低碳钢拉坤时的应力—应变曲线。由图可见，整个拉伸过程大致可分为四个阶段：二、低碳钢拉伸时的力学性能1.弹性阶段在拉伸的初始阶段，为一斜直线OA，表明此阶段内?与?成正比，材料服从胡克定律，即?=E?，直线OA的斜率在数值上等于材料的弹性模量，此阶段内的变形为弹性变形。线性阶段的最高点A对应的应力是应力与应变保持正比关系的最大应力，称为比例极限，用?P表示。低碳钢的比例极限?P≈190~200MPa。OA直线的倾角为?，其斜率为即为材料的弹性模量。当应力超过比例极限后，图中的AA段已不是直线，胡克定律不再适用。但当应力值不超过A点所对应的应力?e时，变形仍为弹性变形，故称为弹性极限。比例极限和弹性极限的概念不同，但实际上A点和A点非常接近，通常对两者不作严格区分，统统称为弹牲极限。2.屈服阶段当应力超过弹性极限后，图上出现接近水平的小锯齿形波动段BC，说明此时应力虽有小的波动，但基本保持不变，但应变却迅速增加。这种应力变化不大而变形显著增加的现象称为材料的屈服或流动。BC段对应的过程称为屈服阶段，屈服阶段的最低应力值?s较稳定，称为材料的屈服点。低碳钢的屈服点?s＝220～240MPa。在屈服阶段，如果试件表面光滑，可以看到试件表面有与轴线大约成45?的条纹，称为滑移线。屈服现象3.强化阶段屈服阶段后，图上出现上凸的曲线CD段。这表明，若要使材料继续变形，必须增加应力，即材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称为材料的强化，CD段对应的过程称为材料的强化阶段。曲线最高点D所对应的应力值用?b表示，称为材料的抗拉强度，是材料所能承受的最大应力。低碳钢的抗拉强度?b=370～460MPa。4.颈缩断裂阶段应力达到抗拉强度后，在试件较薄弱的横截面处发生急剧的局部收缩，出现缩颈现象。由于缩颈处的横截面面积迅速减小，所需拉力也相应降低，最终导致试件断裂，应力—应变曲线呈下降的DE段形状。综上所述，当应力增大到屈服点时，材料出现了明显的塑性变形。抗拉强度表示材料抵抗破坏的最大能力，故?s和?b是衡量材料强度的两个重要指标。颈缩现象..l试样拉断后，弹性变形消失，但塑性变形保留下来。工程中用试件拉断后残留的塑性变形来表示材料的塑性性能。常用的塑性指标有两个：（a）式中，l是标距原长；l1是拉断后标距的长度；A为试件原横截面面积；A1为试件断裂后