2 材料在单向静拉伸载荷下的力学性能-静载拉伸试验,拉伸性能指标解析

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《材料性能学》课后答案

《材料性能学》课后答案《⼯程材料⼒学性能》（第⼆版）课后答案第⼀章材料单向静拉伸载荷下的⼒学性能⼀、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作⽤下，应变落后于应⼒现象。

静⼒韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。

弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最⾼应⼒。

⽐例极限：应⼒—应变曲线上符合线性关系的最⾼应⼒。

包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。

解理断裂：沿⼀定的晶体学平⾯产⽣的快速穿晶断裂。

晶体学平⾯－－解理⾯，⼀般是低指数，表⾯能低的晶⾯。

解理⾯：在解理断裂中具有低指数，表⾯能低的晶体学平⾯。

韧脆转变：材料⼒学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断⼝特征由纤维状转变为结晶状）。

静⼒韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静⼒韧度。

是⼀个强度与塑性的综合指标，是表⽰静载下材料强度与塑性的最佳配合。

⼆、⾦属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是⼀个对结构不敏感的⼒学姓能?答案：⾦属的弹性模量主要取决于⾦属键的本性和原⼦间的结合⼒，⽽材料的成分和组织对它的影响不⼤，所以说它是⼀个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。

改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不⼤。

三、什么是包⾟格效应，如何解释，它有什么实际意义?答案：包⾟格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。

特别是弹性极限在反向加载时⼏乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形⽴即开始了。

包⾟格效应可以⽤位错理论解释。

第⼀，在原先加载变形时，位错源在滑移⾯上产⽣的位错遇到障碍，塞积后便产⽣了背应⼒，这背应⼒反作⽤于位错源，当背应⼒(取决于塞积时产⽣的应⼒集中)⾜够⼤时，可使位错源停⽌开动。

第2章_金属在单向静拉伸载荷下的力学性能

• 6---- 工程塑料：弹性形变、均匀塑性变形和不均匀集中塑性变形。
常见的：
低碳钢
铝合金
苏打石灰玻璃
2.3 塑性变形
塑性变形：外载荷卸去后，不能恢复的变形塑性：材料受力，应力超过屈服点后，仍能继续变形而不发生断裂的性质
2.3.1 塑性变形方式及特点
一、塑性变形方式
金属材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生
• 1--- 淬火、高温回火后的高碳钢：只有弹性形变、少量的均匀塑性形变；
• 2--- 低合金结构钢：与低碳钢的曲线类似；
• 3--- 黄铜：弹性形变、均匀塑性形变和不均匀塑性形变；
• 4--- 陶瓷、玻璃类材料：只有弹性变形而没有明显的塑性形变；
• 5--- 橡胶类材料：弹性形变量很大，高达 100% ；
滑移最主要的变形机制；
孪生
重要的变形机制，一般发生在低温形变或快速形变时
2.3.1 塑性变形方式及特点
1、滑移
是金属材料在切应力作用下沿滑移面和滑移方向进行的切变过程。
滑移面：原子最密排面；滑移方向：原子最密排方向；滑移系：滑移面和滑移方向的组合。滑移面×滑移方向=滑移系。滑移系越多，材料的塑性越好。晶体结构的影响较大，fcc＞bcc＞hcp
应力值为其屈服极限。）
c d
③均匀变形阶段：屈服后，欲继续变形使试样应变增大，必须
不断增加载荷使应力超过σs，
此阶段的变形明显而均匀的，
直到曲线达到最高点σb，均匀
b
变形结束，如图中的bc段。此
a
最大应力σb称为材料的强度极限或抗拉强度，它表示材料对
最大均匀塑性变形的抗力。
形变硬化：随塑性变形增大，塑性变形抗力不断增加的现象。

第一章材料在静拉伸载荷下力学性能1(弹性变形)

s = σ
0.2
= P0.2 / A0
工程上根据要求高低， P、 e、 s都可以作屈服强度使用（规定残余伸长应力）。
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抗拉强度：
b
试件断裂前所能承受的最大工程应力，以前称为强度极限。取拉伸图上的最大载荷，即对应于b点的载荷除以试件的原始截面积，即得抗拉强度，记为σ b
第一章
材料在单向静拉伸载荷下的力学性能
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单向静拉伸载荷

静载：加载速度很小（1－ 10MPa/s）大气环境中常压常温
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中原工学院
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1.1 材料在静拉伸时的力学行为概述
1、拉伸性能:
静拉伸是材料力学性能试验中最基本的试验方法。通过拉伸试验可测材料的弹性模量 E、屈服强度σs 、抗拉强度σb 、、断裂强度σk 、延伸率、断面收缩率等重要的力学性能指标，统称拉伸性能，是材料的基本力学性能。
σ
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b
= Pmax／A0
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延伸率：
材料的塑性常用延伸率表示。测定方法如下：拉伸试验前测定试件的标距L0，拉伸断裂后测得标距为 Lk，然后按下式算出延伸率
LK L0 100% L0
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拉断后测量LK注意事项
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L
此处Ψ是截面收缩率
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断裂强度：

拉伸断裂时的真应力称为断裂强度，记为σ K 。试验时测出断裂点的截荷PK，试件的最小截面积AK，则 σ K = PK / AK 通常在拉伸试验中，不测定断裂强度 ,可以根据下列经验公式估算断裂强度 σ K =σ b（1+Ψ K）

2 材料在单向静拉伸载荷下的力学性能-静载拉伸试验,拉伸性能指标

§1 拉伸力—伸长曲线和应力—应变曲线
1.1 单向拉伸试验最常用的金属力学性能试验方法。
GB/T 228-2002 金属材料室温拉伸试验方法
§1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
拉伸试验方法
试样长度要求：
l0 5d 0 或 l0 10d 0
试样加载速率： 10 1 / s
• 工程应力：载荷除以试件的原始截面积。σ =F/A0 • 工程应变：伸长量除以原始标距长度。
=Δ L/L0
• 变形过程：弹性变形→屈服 →均匀塑性变形→塑性失稳 →断裂
退火低碳钢的（条件）应力-应变曲线
§1.2 应力—应变曲线
低碳钢典型的应力-应变曲线
弹性变形阶段：曲线的起始部分，图中的 oa 段。多数情况下呈直线形式，符合虎克定律。屈服阶段：超出弹性变形范围之后，有的材料在塑性变形初期产生明显的塑性流动。此时，在外力不增加或增加很小或略有降低的情况下，变形继续产生，拉伸图上出现平台或呈锯齿状，如图中的ab段。
与工程应力－应变曲线相比较，在弹性变形阶段，由于试棒的伸长和截面收缩都很小，两曲线基本重合，真实屈服应力和工程屈服应力在数值上非常接近，但在塑性变形阶段，两者之间出现了显著的差异。
在工程应用中，多数构件的变形量限制在弹性变形范围内，二者的差别可以忽略，同时工程应力、工程应变便于测量和计算，因此，工程设计和材料选用中一般以工程应力、工程应变为依据，但在材料科学研究中，真应力和真应变将具有重要的意义。
材料在单向静拉伸载荷下的力学性能
材料在单向静拉伸载荷下的力学性能
单向静拉伸：工业上应用最广泛的金属力学性能试验方法之一。特点：温度、应力状态和加载速率确定。目的： 1) 揭示金属材料在静载荷作用下常见的力学行为，即弹性变形、塑性变形和断裂； 2) 标定基本力学性能指标。内容：1.1 拉伸力—伸长曲线和应力—应变曲线 1.2 弹性变形 1.3 塑性变形 1.4 金属的断裂

第一章单向静拉伸载荷下的力学性能

2、弹性极限、
由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。超过弹性极限，开始发生塑性变形 σe=Fe / A0
实际意义？ σp、σe的实际意义？
对于要求在服役时其应力应变关系严格维持直线关系的构件，如测力计弹簧，是依靠变形的应力正比于应变的关系显示载荷大小的，则选择这类构件的材料应以材料的比例极限为依据；若服役条件要求构件不允许产生微量塑性变形，则应以弹性极限选材
------------------------------（1）
位错运动时，切应变速率与可动位错密度ρm及其运动速率之间关系
------------------------------（2）
换算成拉伸应变速率
------------------------------（3）
位错总密度ρ随拉伸应变εp增加（ ρ0为塑性变形刚开始时的总位错密度）
影响金属材料的力学性能的内在因素：影响金属材料的力学性能的内在因素：材料的化学成分、组织结构、冶金质量、料的化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等；余应力及表面和内部缺陷等；外因：载荷性质（静载荷、冲击载荷、外因：载荷性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷）、载荷谱、应力状态（）、载荷谱变载荷）、载荷谱、应力状态（拉、压、弯曲、扭转、剪切、弯曲、扭转、剪切、接触应力及各种复合应力）、温度、环境介质等；）、温度应力）、温度、环境介质等；金属力学性能的物理本质及宏观变化规律与金属在变形和断裂过程中位错的运动、与金属在变形和断裂过程中位错的运动、增殖和交互作用（位错之间的交互作用、增殖和交互作用（位错之间的交互作用、位错与点缺陷的交互作用）位错与点缺陷的交互作用）等微观过程有关。
断面收缩率(ψ)：是拉伸试样断裂处截面的相对收缩值，等于断裂处截面绝对收缩值(∆Ak=A0-Ak) 除以试样原始截面积(A0)，也用百分数表示： ψ=( A0-Ak)/ A0 ×100% A0 Ak 试样原始截面积试样断裂后断裂处的最小截面积

金属材料在静拉伸载荷下的力学性能

五缩颈现象
缩颈：拉伸试验时,变形集中于局部区域的特殊现象.
• 缩颈前是均匀变形，缩颈后是不均匀变形，即局部变形
e p
用规定的微量塑性变形(残余伸长)所需的应力来表征。
四、弹性比功
表征金属材料吸收弹性功的能力。
弹性比能
应变比能
应力-应变曲线下弹性范围所吸收的变形功
弹性比功ae=σeεe/2
=σe2/2E
σe↑E↓
→a e ↑
理想的弹簧材料要求有高的弹性比功
Байду номын сангаас
成分与热处理对弹性极限影响大，对弹性模量影响不大。
. ε = bρ V
开始塑性变形时,可动ρ小,要求V大
V=（τ /τ 0）m'
要求 τ大
塑性变形后
ρ ↑ 要求V小
m'小，则τ变化大，屈服明显。
BCC: m′<20, 屈服明显 FCC: m′ >100~200，屈服不明显
要↓ τ
3、屈服强度σs 表征材料对微量塑性变形的抗力。
σs：上屈服点σsu和下屈服点σsl
E
拉伸杨氏模量： E = σ /ε
切变模量G =τ/γ
G E 2(1 v)
泊松比：υ= —εX/εZ
对金属υ值约为0.33（或1/3）
广义胡克定律
1
1 E
[1
v( 2
3 )]
2
1 E
[ 2
v( 3
1)]
3
1 E
[ 3
v(1
2 )]
物理意义：产生单位应变所需的应力
技术意义： E，G称为材料的刚度
2、多晶体塑性变形的特点 1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性 2）各晶粒变形的相互协调性

材料在单向静拉伸载荷下的力学性能

材料在单向静拉伸载荷下的力学性能1.1拉伸试验 1.1.1 概述拉伸试验是标准拉伸试样在静态轴向拉伸力不断作用下以规定的拉伸速度拉至断裂，并在拉伸过程中连续记录力与伸长量，从而求出其强度判据和塑性判据的力学性能试验。

强度指标：弹性极限、屈服强度、抗拉强度；塑性指标：断后伸长率、断面收缩率。

1.1.2 概念应力：应力是在它所作用面积上的力，用N/mm 2表示，在米制单位中,用千帕（kPa ）或兆帕（MPa ）表示。

应变：是被测试材料尺寸的变化率，它是加载后应力引起的尺寸变化。

由于应变是一个变化率，所以它没有单位拉悻前 ------ w -----原始标距（L o ）:施力前的试样标距。

断后标距（L u ）:试样断裂后的标距。

平行长度（L c ）:试样两头部或两夹持部分（不带头试样）之间平行部分的长度。

断后伸长率（A ）:是断后标距的残余伸长（L U -L o ）与原始标距（L o ）之比的百分(7 =(M Pa5率。

断面收缩率（Z）:断裂后试样横截面积的最大缩减量（S o-S U）与原始横截面积（So）之比的百分率。

最大力（F m）:试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力。

屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。

上屈服强度：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。

下屈服强度：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。

1.1.3 拉伸应力-应变曲线以低碳钢的拉伸应力一应变曲线为例。

OB —弹性阶段，BC —屈服阶段CD —强化阶段，DE —颈缩阶段试样在各阶段变化的示意图金属材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，符合胡克定律，即( T=E •&，其比例系数E称为弹性模量。

弹性极限d P与比例极限d e非常接近，工程实际中近似地用比例极限代替弹性极限。

屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，应区分上屈服强度和下屈服强度。

材料性能学期末考试

中原工学院材料与化工学院材料性能学《材控专业课后习题》第一章材料在单向拉伸时的力学性能１-1名词解释1.弹性比功:材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力.2.包申格效应:金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载,规定残余伸长应力增加,反向加载,规定残余伸长应力降低的现象.其来源于金属材料中的位错运动所受阻力的变化。

可通过热处理(再结晶退火）消除。

3.塑性:材料断裂前产生塑性变形的能力4.韧性：材料变形时吸收变形力的能力5.脆性断裂(弹性断裂)：材料断裂前不发生塑性变形，而裂纹的扩展速度往往很快。

断口呈现与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮,为放射状或结晶状。

6.韧性断裂（延性断裂或者塑性断裂)：材料断裂前及断裂过程中产生明显塑性变形的断裂过程。

断口呈现暗灰色、纤维状。

7.剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成断裂.断口呈现锋利的楔形或微孔聚集型,即出现大量韧窝。

8.河流花样：解理裂缝相交处会形成台阶,呈现出形似地球上的河流状形貌9.解理台阶：解理裂纹的扩展往往是沿晶面指数相同的一族相互平行,但位于“不同高度”的晶面进行的。

不同高度的解理面存在台阶。

10.韧窝：通过孔洞形核、长大和连接而导致韧性断裂的断口1—3材料的弹性模数主要取决于什么因素?答:影响弹性模数的因素:键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间1—4决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些？答：１、晶体结构：屈服是位错运动，因此单晶体理论屈服强度=临界切应力2、晶界和亚结构:晶界是位错运动的重要障碍,晶界越多,常温时材料的屈服强度增加。

晶粒越细小，亚结构越多,位错运动受阻越多,屈服强度越大。

３、溶质元素：由于溶质原子与溶剂原子直径不同,在溶质原子周围形成晶格畸变应力场，其与位错应力场相互作用，使位错运动受阻，增大屈服强度.固溶强化、柯氏气团强化、沉淀强化、时效强化、弥散强化4、第二相：弥散分布的均匀细小的第二相有利于提高屈服强度5、环境因素对屈服强度的影响1)温度的影响：温度升高，屈服强度降低，但变化趋势因不同晶格类型而异。

02 材料在静载荷下的力学性能 (1)

σ max = σ 1 − （ v σ 2 + σ 3）
（ν为泊松比）
定义：
τ max α＝ σ max
α—定性描述某一应力状态下材料变形过程中的塑性与脆性倾向
α应力状态软性系数
对于金属材料，ν取0.25
σ1 −σ 3 α = 2σ 1 − 0 . 5 ٛ (σ 2 + σ 3 ) ٛ
例：单向拉伸条件下，α=0.5。
以单向连续纤维增强复合材料为例
单向连续纤维增强复合材料：连续纤维在基体中呈同向平行等距排列的复合材料叫单向连续纤维增强的复合材料。
单向连续纤维增强复合材料示意图
纵向拉伸
复合材料的应力－应变曲线处于纤维和基体的应力－应变曲线之间。复合材料的变形经历四个阶段： Ⅰ、纤维和基体变形都是弹性的； Ⅱ、纤维的变形仍是弹性的，但基体的变形是非弹性的； Ⅲ、纤维和基体两者的变形都是非弹性的； Ⅳ、纤维断裂，进而复合材料断裂。
分子构象调整
黏流态T>Tf
非弹性变形的黏性流动
非晶态聚合物在不同温度下的应力－应变曲线
聚甲基丙烯酸甲脂(有机玻璃PMMA)的玻璃化温度Tg约为100℃ ，在 86℃以下，变形是弹性的，在 104℃开始有屈服点出现。可以看出，随温度的下降，出现韧性到脆性的转变，转变温度大致与 Tg相同。
非晶聚合物PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）在不同温度下的应力-应变曲线
（2）具有明显屈服点的应力-应变曲线屈服点呈屈服平台或呈齿状，相应的应变量在1%～3%范围。典型材料：退火低碳钢、某些有色金属。
（3）不稳定型材料的应力-应变曲线在形变强化过程中出现多次局部失稳，原因是孪生变形机制的参与，当孪生应变速率超过试验机夹头运动速度时，导致局部应力松弛，从而出现齿形特征。典型材料：低溶质固溶体铝合金和含杂质铁合金。

第1章材料在单向静拉伸载荷下的力学性能

材料性能学1一14周材料性能学概述物理性能密度熔点磁性热膨胀性导电性导热性力学性能刚度强度硬度塑性韧性冲击韧性疲劳韧性化学性能耐腐蚀性抗氧化性工艺性能铸造锻压焊接热处理使用性能材料性能学Competing materials.Steels have the highest toughness, whereas carbon fibers have the highest strengths. Titanium alloys and polymer composites areincreasingly used in aircraft and sporting goods because of their outstanding combination of properties.Research on advanced materials for structural applications aims toward the upper right corner.波音787课程主要内容单向静拉伸其他静载荷压缩、弯曲、扭转等冲击载荷静载荷断裂韧度疲劳腐蚀磨损使用性能陶瓷复合材料金属高温第一章材料单向静拉伸的力学性能单向静拉伸试验特点:1、最广泛使用的力学性能检测手段;2、试验的应力状态、加载速率、温度、试样等都有严格规定（方法：GB/T228-2002；试样：GB/T6397-1986）。

3、最基本的力学行为（弹性、塑性、断裂等）；4、可测力学性能指标：强度（σ）、塑性（δ、ψ）等。

万能拉伸试验机第一章材料单向静拉伸的力学性能一、低碳钢单向静拉伸试验拉伸试样长试样：L 0=10d0短试样：L 0=5d 0d 0L 0拉伸试验录扫描电镜原位拉1.1低碳钢力－伸长曲线抗拉强度σb屈服强度σs1.2低碳钢应力－应变曲线应力σ=F/A 应变ε=△L/L弹性极限σe σp比例极限σp1.3 不同材料在室温下的力一伸长曲线1－淬火、高温回火后的高碳钢，只有弹性变形、少量的均匀塑性变形；2－低合金结构钢（如16Mn），其特征与低碳钢的曲线类似；3－黄铜，有弹性变形、均匀塑性交形和不均匀塑性变形；4－陶瓷、玻璃类材料，只有弹性变形而没有明显的塑性变形；5－橡胶类材料，其特点是弹性变形量很大，可高达1000％，且只有弹性变形而不产生或产生很微小的塑性变形；6－工程塑料，也有弹性变形、均匀塑性变形和不均匀集中塑性变形真实的应力-应变曲线1.4 真实应力－应变曲线度随着拉伸力的增大是不断变化的。

第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能

三、拉伸试样
1、金属拉伸试验试样标准：GB6397-86 2、与拉伸试样相关的几个概念：标距：测量伸长用的试样圆柱和棱柱部分的长度；原始标距 l0：施力前的试样标距；断后标距：试样断裂后的标距。平行长度l：试样两头部或两夹持部分之间平行部分的长度；伸长：试验期间任一时刻原始标距的增量。
例长如试L样0=：10K0=m1m1.或3 200mm，或则L延0=伸10率d表0 示为δ100mm或 δ200mm延。伸率分别用δ5、δ10来表示，
一般建议采用短试样。
拉伸试样的形状尺寸, 一般随金属产品的品种、规格及试验目的之不同而分为圆形，矩形及异型三类。
如无特殊要求,应按该表规定选用。
σe=Fe/A0
屈服点σs：
材料在拉伸过程中试验力不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力。
σs＝Fs/ A0
上下屈服点σsul：：
第强一度试当表运次就样不征用发是发计金下生用生初属屈下应屈始材服降力服瞬料点）表而σσ时对的时示ss试ul效＝微理＝的的验应F量由F屈屈s力s（L塑：u服服//首指性上AA阶点次在00变屈段或下屈形服的下降服的点最屈前过抗σ服小s的程u力点应波最中－。力动大试屈。性应验服很力力。大，对试验条件下变化很敏感而下屈服点σsl再现性较好。
A0
ψ >δ 形成缩颈，差值越大缩颈越严重；
ψ ≤δ不形成缩颈。
3、最大力下的总属材料拉伸时产生的最大均匀塑性变形量。
δgt与真是应变eB 的关系： eB＝ln(1+δgt)
单一拉伸条件下工作的长形零件，缩颈与否均用δ或δgt评定材料塑性；非长形件，拉伸形成缩颈则用ψ做为塑性指标。
从这个定义来说，这三个指标都表示材料对微量塑性变形的抗力。

第一章材料在单向静拉伸下的力学性能

第一章材料在单向静拉伸下的力学性能第一章材料在单向静拉伸下的力学性能大家在材料力学中做过实验，用的是标准光滑圆柱试样，这是最常用的试样，有时也用标准板状试样也叫板装试验。

单向静拉伸实验是金属材料力学性能测试中最重要的方法之一。

为了准确测出各项拉伸性能指标，该方法对实验速度，温度及应力状态做了如下规定：1）试验速度：反映了试样应变速率的大小，应变速率增大，金属的强度增加。

特别是屈服点规定微量塑性伸长应力读变形速度的大小很敏感，因此，对拉伸试验速度应注意控制。

试验速度大体上相当于试验机夹移动速率。

对各项拉伸性能指标测定，都有一定的试验速度控制。

比如在测屈服点时，一般规定ε应控制在0.00025--0.0025/s范围内。

2）试验温度：一般在10--35℃温度下进行3）应力状态：单向拉伸应力状态σ1>0;σ2=σ3=0单向拉伸试验时，在试样两端施加载荷，使试样的工作部分受轴向拉力沿轴向伸长，一般进行到拉断为止。

其试验过程一般经历三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。

测定试样对外加载荷的抗力，可以求出材料的强度指标，测定试样在破断后塑性变形的大小，求出材料的塑性指标。

这些性能指标都具有一定的实用意义，是设计指标，材料选择，工程评定及材料检验的主要依据。

本章将介绍这些性能指标的物理概念及实用意义，讨论上述三种失效形式的基本规律和原理。

重点：材料在静拉伸时的力学行为概述一应力和应变应力和应变，大家不会陌生，这是本门课程最基本也是最重要的概念，我们一起来复习一下。

应力——物体承受外加载荷作用时单位截面积上的内力。

单位：MPa正应力：垂直于作用平面的法向载荷产生的切应力：平行于作用平面的切向载荷产生的应变——单位长度上的绝对伸长1.条件应力与其实应力条件应力（工程应力）——σ=P/F。

载荷P除以试样原始截面积F。

P—拉伸载荷；F。

—原始截面积；其实应力——载荷P除以试样某一变形瞬时截面积F ：S=P/F；在拉伸过程中Fσ，其应力大于条件应力。

单向静拉伸试验及性能高教知识

全面分析
8
材料性能的宏观表征
外部物理场的某一参量（外参量、输入量）与材料内部某一参量（内参量、输出值）之间变化关系的描述。
输入或输出量的终态值输入或输出量的某一时刻的中间值某一阶段内或终态时输入量与输出量的联系值
全面分析
9
全面分析
10
材料性能指标通常采用归一化量；材料性能除与材料本身有关外，还受外界因素
全面分析
38
全面分析
39
断面收缩率 Z Percentage reduction of area 断裂后试样横截面积的最大减缩量与原始横截面积之比
全面分析
40
伸长率与试样形状有关
试样缩颈前均匀伸长 Lgt=L0 缩颈后局部伸长 LN= A0 断裂后总的伸长 Lt= Lgt +LN=L0 + A0 断裂总伸长率 At= + A0/ L0
37
塑性指标
断后伸长率 A （）
percentage elongation after fracture 断裂总伸长率 At Percentage total elongation at fracture 最大力伸长率 Ag Percentage elongation at maximum force
24
不同材料的应力-应变曲线
全面分析
25
不同类型的拉伸曲线
两类不同类型的拉伸力-伸长曲线
全面分析
26
全面分析
27
真应力与真应变
真应力S（true stress）：瞬时截面积A除相应的拉伸力F，即 S=F/A
真应变e（true strain）：瞬时应变量的积分，即
工程应变（应力）与真应变（应力）之间的关系

材料在静载荷下的力学性能资料重点

材料在静载荷下的力学性能资料重点材料在静载荷下的力学性能资料是指材料在无外界扰动的条件下，所展现出的力学性能的特点和指标。

这些资料对于材料的选择、设计和应用都具有重要的意义。

以下将从材料的强度、刚度、韧性、蠕变性能、疲劳寿命以及特殊性能等几个方面重点介绍。

首先是强度。

强度是指材料所能承受的最大外力的能力。

在静载荷下，材料的强度表现为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。

抗拉强度是指材料在受拉力作用下的抵抗能力；抗压强度是指材料在受压力作用下的抵抗能力；抗弯强度是指材料在受弯矩作用下的抵抗能力。

强度资料的准确性能决定了材料在实际应用中的可靠性。

其次是刚度。

刚度是指材料在外力作用下的变形程度。

刚度高的材料在受力时能够保持较小的变形，刚度低的材料则容易发生较大的变形。

刚度资料通常表现为杨氏模量、剪切模量等。

杨氏模量是指材料在单位应力作用下的单位应变的比值，它是材料刚度的度量；剪切模量是指材料在剪切应力作用下的变形程度。

刚度资料的准确性是材料选择和设计的基础。

韧性是材料在受到外力作用下能够发生塑性变形并吸收大量能量的能力。

韧性资料一般通过锲形冲击试验来进行评定，表现为冲击韧性。

冲击韧性是材料在冲击载荷作用下的能量吸收性能。

韧性资料的重要性在于评价材料在实际应用中的抗冲击性能和抗爆炸能力。

蠕变性能是指材料在长期受持续载荷作用下的变形行为。

蠕变性能常通过蠕变实验来进行评定，表现为材料的蠕变速率和蠕变寿命。

蠕变速率是指材料在一定温度和应力条件下单位时间内的变形量；蠕变寿命是指材料在持续载荷作用下能够保持一定变形的时间。

蠕变性能资料对于选择材料和预测材料寿命具有重要意义。

疲劳寿命是指材料在交变载荷作用下能够承受的次数或应力幅值。

疲劳寿命资料通常通过疲劳试验来进行评定，表现为材料的疲劳强度和疲劳极限。

疲劳强度是指材料在一定次数下的疲劳破坏应力；疲劳极限是指材料在无限次数时的疲劳破坏应力。

疲劳寿命资料对于预测材料在实际使用中的可靠性和使用寿命具有重要意义。

材料在静载荷下的力学性能

k
l0
延伸率测量值与试样尺寸有关
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
l b l u ml 0 n A0 m n A0
k
l0
b
u
l0
l0
A0 l0
必须取常数，(1/11.3或1/5.65)
(2) 断面收缩率ψ
A0 Ak 100%
A0
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
1.1.2 脆性材料的拉伸性能
＜1 表示硬的应力状态。
对于不同的材料，其力学性能指标τs,τK和σK也各不相同，只有选择与应力状态相适应的试验方法进行试验时，才能显示出不同材料性能上的特点。
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
1.2.2 扭转
试样：圆柱形试样试验过程：试样两端施加扭矩，随扭矩增加，
标距间两个截面产生相对转动，测量扭矩与扭转角关系曲线－扭转图。
SP Ai
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
根据在塑性变形前后材料体积不变的近似假定，即
A0l0 Aili
则得到 S P P l i l 0 l (1 l )
Ai A0 l 0
l0
l0
所以 S (1 )
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
真应变：瞬时应变
n
l e d
整个长度上的塑性变形始终是均匀发生的，不出现静拉伸时所出现的颈缩现象，因此，对于那些塑性很好的材料，用这种试验方法可以精确地测定其应力和应变关系。
③ 扭转试验可以明显地区别材料的断裂方式是正断还是切断。 ④ 扭转试验时，试样横截面上沿直径方向切应力和切应变的分布是不均匀的，表面的应力和应变最大。因此，扭转可以灵敏地反映材料的表面缺陷，如金属工具钢的表面淬火微裂纹。还可以用扭转试验的这种特点对表面淬火、化学热处理等表面强化工艺进行研究。 ⑤ 扭转试验的缺点是：截面上的应力分布不均匀，在表面处最大，越往心部越小。对显示材料体积性缺陷，特别是靠近心部的材质缺陷不敏感。

材料的力学性能-单向静拉伸性能

材料的性能工程材料的两类性能：使用性能：材料使用中体现出的（力学、物理、化学）性能。

工艺性能：材料加工过程中体现出的是否适于加工的性能。

如铸造性、焊接性、淬透性。

亦称加工性能性能的量化：性能指标（抗拉强度，疲劳强度，...）力学性能材料在一定温度和外力条件下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。

常规力学性能指标：强度、硬度、塑性、韧性强度是金属材料在一定温度和外力条件下对变形或断裂的抗力，用相应条件下不产生失效（过量变形或断裂）所能承受的最大应力来表征。

屈服强度在常温静载荷下不发生过量塑形变形所能承受的最大应力；抗拉强度在常温静载荷下不发生断裂所能承受的最大应力；疲劳强度在常温交变载荷下不发生断裂的的最大应力；蠕变极限在一定温度（一般是高温）下在一定时间内产生一定变形量的应力；持久强度在一定温度（一般是高温）下在规定时间内发生断裂的应力。

强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，塑性是指金属材料在断裂中发生塑性变形（不可恢复的变形）的能力。

断后伸长率δ试样拉断后的相对伸长量；断面收缩率ψ试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩小量；冷弯（角）α 试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度。

韧性韧性是指金属材料抵抗冲击载荷的能力。

冲击韧度材料在冲击载荷下变形和断裂时单位截面积所吸收的功。

对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。

断裂韧性表征材料对裂纹扩展的抵抗能力。

力学性能——单向静拉伸性能万能拉伸试验机拉伸试样拉伸试验及拉伸曲线拉伸曲线（应力-应变曲线） 1.oab 弹性变形阶段2.bcd 屈服变形3.dB 均匀塑性变形阶段4.BK 局部集中塑性变形铸铁、陶瓷：只有第1阶段中、高碳钢：没有第2阶段特别关注曲线的特殊位置：极点、拐点、直线段。

拉伸曲线（应力-应变曲线）——刚度Eoa：直线段P p：比例极限E: （该直线段斜率）弹性模量，刚度，MPaE: 主要取决于原子、分子间作用力，对组织不敏感E拉伸曲线（应力-应变曲线）——屈服强度σsσs =Ps，屈服平台对应的应力值σsσ0.2：:试样产生的残余应变=试样原始标长L的0.2%时的应力值，MPaσ0.20.002Lσb =P b ，拉伸曲线最高点对应的应力值σb拉伸曲线（应力-应变曲线）——强度，组织敏感的指标与刚度不同，弹性极限、屈服强度、抗拉强度等强度指标对材料组织结构十分敏感，合金化、热处理、冷热加工对它们的影响很大。