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材料拉伸曲线

课程导言欢迎来到材料拉伸曲线我们将学习材料的力学性能及其在工程中的应用

材料的基本性质强度材料抵抗外力作用而发生破坏的能力。硬度材料抵抗物体压入其表面的能力。塑性材料在外力作用下发生永久变形而不发生断裂的能力。韧性材料抵抗断裂的能力。

何为拉伸1外力作用拉伸是一种材料在**外力**作用下的变形方式。2方向相反外力方向与材料轴线方向相反。3拉伸变形材料发生**拉伸变形**。拉伸是指材料在拉力作用下，发生**轴向伸长**和**横向收缩**的变形过程。这种变形可以是**弹性变形**，也可以是**塑性变形**，甚至可能导致材料**断裂**。

拉伸试验装置拉伸试验装置是用来测量材料在拉伸载荷下的力学性能的设备。主要由以下部分组成：加载系统：用来施加拉伸载荷，通常是液压或电动的方式。夹持系统：用来固定试样，确保载荷能够均匀地传递到试样上。测量系统：用来测量拉伸力、试样的变形量，以及断裂时的断面尺寸。控制系统：用来控制试验的进行，包括载荷的施加速度、变形速率等。

拉伸试验过程试样准备首先，根据标准尺寸和形状要求，将材料加工成合适的试样。安装试样将试样固定在拉伸试验机上的夹具中，确保试样安装稳固。施加拉伸载荷通过拉伸试验机缓慢地施加拉伸载荷，并记录相应的拉伸力。测量伸长量在施加拉伸载荷的同时，测量试样的伸长量，通常使用引伸计或其他测量装置。绘制应力-应变曲线根据拉伸力和伸长量数据，绘制出材料的应力-应变曲线，以便分析材料的力学性能。

应力-应变曲线应力材料承受的外部载荷除以材料的截面积。应变材料在拉伸或压缩下发生的形变与原始长度的比值。曲线反映了材料在拉伸过程中应力和应变之间的关系。

弹性范围材料在拉伸力作用下发生变形，但当拉伸力去除后，材料能够恢复到原来的形状和尺寸的范围称为弹性范围。

弹性极限1定义材料在卸载后能够完全恢复原状的最大应力值2特征超过弹性极限，材料将产生永久变形

屈服强度定义材料开始发生永久变形时的应力。符号σy单位MPa意义材料抵抗塑性变形的强度指标。

抗拉强度σb抗拉强度材料在拉伸试验中，试样断裂时的最大应力，用σb表示。MPa单位通常以兆帕(MPa)为单位。

延伸率定义延伸率是指材料在断裂前所能承受的最大伸长量，用百分比表示。它是材料韧性的一个重要指标，反映了材料在断裂前承受拉伸变形的能力。计算公式延伸率=(断裂后的长度-原长度)/原长度*100%

断面收缩率定义断裂后试样断口面积与原始横截面积之比公式Z=(A0-Af)/A0*100%意义反映材料在拉伸断裂时断口面积的缩减程度

应力-应变关系线性弹性阶段应力与应变成正比，符合胡克定律。屈服阶段材料开始发生塑性变形，应力不再与应变成正比。强化阶段材料在塑性变形过程中硬化，应力继续增加。颈缩阶段材料开始发生颈缩，应力达到峰值后下降，最终断裂。

胡克定律应力与应变胡克定律描述了弹性材料在弹性范围内应力与应变之间的线性关系。比例常数该定律表明，应力与应变成正比，比例常数为材料的弹性模量。弹性变形胡克定律仅适用于材料的弹性变形阶段，即应力解除后材料能够恢复原状。

应变硬化强度提升金属材料在拉伸过程中，随着应变的增加，材料的强度也会随之增加。塑性变形应变硬化的本质是金属材料内部的晶体结构发生改变，导致材料的强度和硬度增加。

应变速率的影响1提高强度增加应变速率会提高材料的屈服强度和抗拉强度。2减少延展性更高的应变速率会导致材料延展性降低，断裂前变形减少。3影响断裂模式快速加载可能导致脆性断裂，而缓慢加载可能导致韧性断裂。

温度的影响高温影响高温会导致材料的强度下降，塑性增加。在较高温度下，材料的原子更容易移动，从而导致塑性变形更容易发生。低温影响低温会导致材料的强度增加，塑性降低。在较低温度下，材料的原子移动受限，从而导致塑性变形更加困难。

不同金属的拉伸曲线不同金属的拉伸曲线在形状和特征上有所不同，反映了它们在拉伸载荷下的力学性能差异。例如，钢铁的拉伸曲线通常具有明显的屈服平台，而铝合金的拉伸曲线则相对平滑，没有明显的屈服平台。通过比较不同金属的拉伸曲线，我们可以了解它们的抗拉强度、屈服强度、延伸率等力学性能，为工程设计提供参考。

钢铁的拉伸曲线钢铁拉伸曲线呈现出明显的屈服平台，这是由于铁碳合金的相变引起的。在屈服点之前，材料处于弹性变形状态，变形是可逆的。当应力超过屈服点，材料进入塑性变形阶段，变形不可逆。塑性变形主要由位错运动和孪生过程完成。拉伸曲线之后会上升，直到达到抗拉强度，然后下降，最终材料断裂。断裂前，钢铁可能会出现颈缩现象，即断裂部位变细。

有色金属的拉伸曲线有色金属的拉伸曲线与钢铁不同，一般情况下，有色金属的弹性模量较低，屈服强度也较低，但延展性较好，延伸率较高。常见的铝合金、铜合金、钛合金等材料的拉伸曲线表