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
§1.4 拉伸性能指标
材料拉伸性能指标又称为力学性能指标,用
应力 -应变曲线上反映变形过程性质发生变化的
临界值表示。
力学性能指标可分为两类:反映材料对塑
性变形和断裂抗力的指标,称为材料的强度指 标;反应材料塑性变形能力的指标,称为材料的 塑性指标。
1.
a.
屈服强度指标 材料的屈服强度理解为开始塑 性变形时的应力值。但实际上 对于连续屈服的材料,屈服强 度很难作为判断材料屈服的准 则。工程上采用规定一定的残 留变形量的方法,确定屈服强 度,主要有以下三种。 比例极限 应力-应变曲线上符合线性关 系的最高应力值为比例极限, 用σp表示,超过σp时,即认为 材料开始屈服。
§1.2 应力—应变曲线
低碳钢典型的应力-应变曲线
均匀塑性变形阶段:屈服后, 欲继续变形,必须不断增加载 荷,此阶段的变形是均匀的, 直到曲线达到最高点,均匀变 形结束,如图中的bc段。 形变硬化:随塑性变形增大, 变形抗力不断增加的现象。 不均匀塑性变形阶段:从试 样承受的最大应力点开始直到 断裂点为止,如图中的 cd 段。 在此阶段,随变形增大,载荷 不断下降,产生大量不均匀变 形,且集中在颈缩处,最后载 荷达到断裂载荷时,试样断裂。
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。
常用的拉伸试样几何
一般采用圆形或板形二种试样。可分为三个部分,即 工作部分、过渡部分和夹持部分。 其中工作部分必须表面光滑,以保证材料表面也是单 向拉伸状态;过渡部分必须有适当的台阶和圆角,以降低 应力集中,避免该处变形和断裂;夹持部分是与试验机夹 头连接的部分,以定位试样。
§1.1 拉伸力—(绝对)伸长曲线
退火低碳钢的(条件)应力-应变曲线
b. 弹性极限
试样加载后再卸载,以不出现残留的 永久变形为标准,材料能够完全弹性 恢复的最高应力值为弹性极限,用σe 表示,超过σe时,即认为材料开始屈 服。 上述二定义并非完全相等,有的材料, 如高强度晶须,可以超出应力应变的 线性范围,发生较大的弹性变形。橡 胶材料可以超过比例极限发生较大的 变形后仍能完全恢复,而没有任何永 久变形。 工程上之所以区分它们,是因为有些 设计,如火炮筒材料,要求有高的比 退火低碳钢的(条件)应力-应变曲线 例极限,而弹簧材料则要求有高的弹 性极限。
c. 屈服强度
以规定发生一定的残留变形为标准,如通常以0.2%的 残留变形应力作为屈服强度,用σ0.2或σys表示。 对于不连续屈服即具有明显屈服点的材料,其应力-应 变曲线上的屈服平台就是材料屈服变形的标志。
退火低碳钢的(条件)应力-应变曲线
2. 抗拉强度
材料的极限承载能力用抗拉强度表示。拉伸试验时,与最高载荷 Pb对应的应力值σb即为抗拉强度。 对于脆性材料和不形成颈缩的塑性材料,其拉伸最高载荷就是断 裂载荷,因此,其抗拉强度也代表断裂抗力。 对于形成颈缩的塑性材料,其抗拉强度代表产生最大均匀变形的 抗力,也表示材料在静拉伸条件下的极限承载能力。
• 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。
退火低碳钢的(条件)应力-应变曲线
3. 实际断裂强度 拉伸断裂时的载荷除以断口处的真实截面面积所得的 应力值称为实际断裂强度Sk。 在这里采用的是试样断裂时的真实界面面积,Sk也是 真实应力,其意义是表征材料对断裂的抗力,因此有时
也称为断裂真应力。
塑性指标
塑性: 是指材料断裂前产生塑性变形的能力。 意义: 防止偶然过载造成危害; 保证机件正常运行; 有利于塑性加工和修复。
§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—应变曲线的作用:根据该曲线可获得 材料静拉伸条件下的力学性能指标:比例极限 σp 、 弹性极限σe 、屈服点σs 、抗拉强度σb 。可提供 给工程设计或选材应用时参考。
• 工程应力—应变曲线的局限:在拉伸过程中,试 棒的截面积和长度随着拉伸力的增大是不断变化 的,工程应力 — 应变曲线并不能反映实验过程 中的真实情况。
F
A
0
F
定义:Baidu Nhomakorabea拉伸试验机自 动记录或绘图装置,将 作用在试样上的力和所 引起的伸长自动记录绘 出的力 - 伸长曲线。记录 拉伸实验中力与伸长量 的关系曲线。
L0
6
§1.2 应力—应变曲线
应力―载荷除以试件的原始截面积即得工程应力,σ
F A0 L L0
应变—伸长量除以原始标距长度即得工程应变,ε
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
§1.4 拉伸性能指标
材料拉伸性能指标又称为力学性能指标,用
应力 -应变曲线上反映变形过程性质发生变化的
临界值表示。
力学性能指标可分为两类:反映材料对塑
性变形和断裂抗力的指标,称为材料的强度指 标;反应材料塑性变形能力的指标,称为材料的 塑性指标。
1.
a.
屈服强度指标 材料的屈服强度理解为开始塑 性变形时的应力值。但实际上 对于连续屈服的材料,屈服强 度很难作为判断材料屈服的准 则。工程上采用规定一定的残 留变形量的方法,确定屈服强 度,主要有以下三种。 比例极限 应力-应变曲线上符合线性关 系的最高应力值为比例极限, 用σp表示,超过σp时,即认为 材料开始屈服。
§1.2 应力—应变曲线
低碳钢典型的应力-应变曲线
均匀塑性变形阶段:屈服后, 欲继续变形,必须不断增加载 荷,此阶段的变形是均匀的, 直到曲线达到最高点,均匀变 形结束,如图中的bc段。 形变硬化:随塑性变形增大, 变形抗力不断增加的现象。 不均匀塑性变形阶段:从试 样承受的最大应力点开始直到 断裂点为止,如图中的 cd 段。 在此阶段,随变形增大,载荷 不断下降,产生大量不均匀变 形,且集中在颈缩处,最后载 荷达到断裂载荷时,试样断裂。
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。
常用的拉伸试样几何
一般采用圆形或板形二种试样。可分为三个部分,即 工作部分、过渡部分和夹持部分。 其中工作部分必须表面光滑,以保证材料表面也是单 向拉伸状态;过渡部分必须有适当的台阶和圆角,以降低 应力集中,避免该处变形和断裂;夹持部分是与试验机夹 头连接的部分,以定位试样。
§1.1 拉伸力—(绝对)伸长曲线
退火低碳钢的(条件)应力-应变曲线
b. 弹性极限
试样加载后再卸载,以不出现残留的 永久变形为标准,材料能够完全弹性 恢复的最高应力值为弹性极限,用σe 表示,超过σe时,即认为材料开始屈 服。 上述二定义并非完全相等,有的材料, 如高强度晶须,可以超出应力应变的 线性范围,发生较大的弹性变形。橡 胶材料可以超过比例极限发生较大的 变形后仍能完全恢复,而没有任何永 久变形。 工程上之所以区分它们,是因为有些 设计,如火炮筒材料,要求有高的比 退火低碳钢的(条件)应力-应变曲线 例极限,而弹簧材料则要求有高的弹 性极限。
c. 屈服强度
以规定发生一定的残留变形为标准,如通常以0.2%的 残留变形应力作为屈服强度,用σ0.2或σys表示。 对于不连续屈服即具有明显屈服点的材料,其应力-应 变曲线上的屈服平台就是材料屈服变形的标志。
退火低碳钢的(条件)应力-应变曲线
2. 抗拉强度
材料的极限承载能力用抗拉强度表示。拉伸试验时,与最高载荷 Pb对应的应力值σb即为抗拉强度。 对于脆性材料和不形成颈缩的塑性材料,其拉伸最高载荷就是断 裂载荷,因此,其抗拉强度也代表断裂抗力。 对于形成颈缩的塑性材料,其抗拉强度代表产生最大均匀变形的 抗力,也表示材料在静拉伸条件下的极限承载能力。
• 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。
退火低碳钢的(条件)应力-应变曲线
3. 实际断裂强度 拉伸断裂时的载荷除以断口处的真实截面面积所得的 应力值称为实际断裂强度Sk。 在这里采用的是试样断裂时的真实界面面积,Sk也是 真实应力,其意义是表征材料对断裂的抗力,因此有时
也称为断裂真应力。
塑性指标
塑性: 是指材料断裂前产生塑性变形的能力。 意义: 防止偶然过载造成危害; 保证机件正常运行; 有利于塑性加工和修复。
§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—应变曲线的作用:根据该曲线可获得 材料静拉伸条件下的力学性能指标:比例极限 σp 、 弹性极限σe 、屈服点σs 、抗拉强度σb 。可提供 给工程设计或选材应用时参考。
• 工程应力—应变曲线的局限:在拉伸过程中,试 棒的截面积和长度随着拉伸力的增大是不断变化 的,工程应力 — 应变曲线并不能反映实验过程 中的真实情况。
F
A
0
F
定义:Baidu Nhomakorabea拉伸试验机自 动记录或绘图装置,将 作用在试样上的力和所 引起的伸长自动记录绘 出的力 - 伸长曲线。记录 拉伸实验中力与伸长量 的关系曲线。
L0
6
§1.2 应力—应变曲线
应力―载荷除以试件的原始截面积即得工程应力,σ
F A0 L L0
应变—伸长量除以原始标距长度即得工程应变,ε