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金属材料的“强度”和“塑性”

今天来学习一下金属材料的基础知识：

强度塑性

先来名词解释：

在外力作用下，材料抵抗变形和

断裂的能力称为强度。按外力作

用方式不同，可分为抗拉强度、

抗压强度、抗弯强度、抗剪强度

强度

和抗扭强度等，其中以抗拉强度

最为常用。当材料承受拉力时，

强度主要是指屈服强度σ和抗

ｓ

拉强度σ。

ｂ

材料受到外力作用会产生变形。

当外力撤除，产生的变形能恢复

塑性原状，这种能力称为弹性；当外

（弹性）力撤除，产生的变形不能恢复至

原状，这种产生永久变形而不断

裂的性能称为塑性。

要理解上面的名词，必须来了解金属材料受到外界的“暴力”后

究竟发生了什么：

第一阶段：弹性变形(elasticdeformation)；

第二阶段：塑性变形(plasticdeformation)；

第三阶段：断裂(fracture)。

拼死抵抗，奈何扛不过，被迫变形，最后被拉断——为了骨肉相

连，原子们拼尽了全力，最终换来的还是悲伤的结局，有没有一种很

悲壮的感觉？

这种受到外力后产生变形最后断裂的过程可以用应力-应变曲线图

来形象表示。典型的低碳钢拉伸试验的曲线图如下：

拉伸试验是指将一定形状和尺寸的标准试样装夹在拉伸试验机上，

缓慢地进行拉伸，使试样承受轴向拉力，直至拉断为止。试验机自动

记录装置可将整个拉伸过程中的拉伸力和伸长量自动记录下来——即

应力-应变曲线图。

从曲线图中可以看到：

当拉伸力由零逐渐增加到F时（即曲线上OE段），试样的伸长

e

量与拉伸力成正比例增加，试样随拉伸力的增大而均匀伸长，此时若

去除拉伸力，试样能完全恢复到原来的形状和尺寸，即试样处于弹性

变形阶段。

当拉伸力超过F后，试样除产生弹性变形外，还开始出现微量的

e

塑性变形。

当拉伸力增大到F时，曲线上出现水平（或锯齿形）线段，即表

s

示拉伸力不增加，试样却继续伸长，称此现象为“屈服”。

有没有觉得“屈服”命名很妙？我拼命反抗你的暴力，但是没办

法，你实力比我强，我实在抵不过，好吧，那就跪倒在地上，俯首称

臣，你想怎样就怎样……

拉伸力超过F后，试样产生大量的塑性变形，直到最大拉伸力为

s

F时，试样横截面发生局部收缩，即产生“缩颈”。

b

此后，试样的变形局限在缩颈部分，承受的拉伸力迅速减小，直

至拉断试样（曲线K点）。

用我们的眼睛来看，试样是这样变化的：

是不是有点眼熟？没错，拉断一根面条或拉断一根细铁丝，发生

的故事和拉伸试验差不了多少。拉伸试验机的好处是把这个过程的力

和变形准确地动态记录下来了。这些数据可以用来计算强度和塑性的

大小。

强度的计算

金属材料的强度是用应力来度量的。单位截面上的内力称为应力，

用符号σ（音：西格玛）表示。内力是指材料受外力作用发生变形时，

内部产生阻止变形的抗力。

常用的强度判据有：弹性极限、屈服强度和抗拉强度。

⑴弹性极限

弹性极限是指试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力，用

符号σ表示，单位为MPa。

e

计算式：σ=F/A

ee0

F：试样产生完全弹性变形时的最大拉伸力，N；

e

A：试样原始横截面积，mm2。

0

⑵屈服强度

屈服强度是指试样在拉伸过程中，力不增加（保持