第2章_金属在单向静拉伸载荷下的力学性能
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• 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。
一、拉伸曲线（拉伸图）：
由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拉伸力-伸长曲线。
引伸计
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
二、应力-应变曲线：
将拉伸力-伸长曲线的纵、 横坐标分别用拉伸试样的原 始截面积A0和原始标距长 度L0去除，则得到应力-应 变曲线。因均系以一常数相 除，故曲线形状不变，称为 工程应力－应变曲线。
铝合金
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
五、真实应力－应变曲线
拉伸变形过程中 横截面积和长度 是不断变化的
如果用拉伸时试样的真实 断面A和真实长度L去除， 得到真应力S和真应变e(ψe) 绘制曲线，则得到真实应 力-应变曲线(OBK曲线)。
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
六、应力-应变曲线的类型
工程应力(Stress) 工程应变(Strain)
σ=F／A0 ε=ΔL／L0
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
三、两曲线相互关系： 二者具有相同或相似的形状，但坐标刻度不同，意义 不同；拉伸曲线不能直接给出材料的力学性能指标， 应力-应变曲线可直接给出材料的力学性能指标。
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
c d
• 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：弹 性极限σe 、屈服点σs 、抗拉强度σb 等。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。
2.1 单向静拉伸实验简介
• 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。
屈服强度σs/0.2
抗拉强度σb 断后伸长率δ 断面收缩率ψ
2.1 单向静拉伸实验简介
• 试验的温度、应力状态、加载速率和试 样等都有严格规定 (GB/T228-2002)外力不增加或增加很小 Nhomakorabea略有降低
的情况下，变形继续产生，拉伸图
b
上出现平台或呈锯齿状，如图中的
a
ab段，称为屈服平台或屈服齿。如
果卸载，试样的变形只能部分恢复，
而保留一部分残余变形，即塑性变
形，这说明钢的变形进入弹塑性变
形阶段。σs称为材料的屈服强度或 屈服点。（对于无明显屈服的金属
材料，规定以产生0.2%残余变形的
2.1 单向静拉伸实验简介
(S0)
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。
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。
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
c d
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
四、低碳钢试样的拉伸过程（四个阶段）
④局部变形阶段：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， b a
随变形增大，载荷不断下降，
产生大量不均匀塑性变形，且
集中在颈缩处，缩颈现象产生。
最后应力达到σk时试样断裂。 σk为材料的条件断裂强度，它 表示材料对塑性的极限抗力。
L0—原始标距； I—平行长度； L—试样总长度； R—过渡弧半径；
2.1 单向静拉伸实验简介
常用拉伸试样形状
光滑圆 柱试样
板状 试样
2.1 单向静拉伸实验简介
拉伸试样的尺寸
光滑圆柱试样:试件的标距长度L0比直径d0 要大得多；通常，L0=5d0或L0=10d0
板状试样:试件的标距长度L0应满足下列关 系式：L0 = 5.65 S0 或 L0 = 11.3 S0
四、低碳钢试样的拉伸过程（四个阶段）
①弹性变形阶段：曲线的起始部
分，图中的oa段。当应力低于
b
a
σe时，应力与试样的应变成正
比，应力去除，变形消失，即
试样处于弹性变形阶段，σe为 材料的弹性极限，它表示材料
保持完全弹性变形的最大应力。
c d
四、低碳钢试样的拉伸过程（四个阶段）
②屈服阶段：当应力超过σe 后，应力 与应变之间的直线关系被破坏，在
第2章 金属在单向静拉伸载荷 下的力学性能
2.1 单向静拉伸实验简介 2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线 2.3 塑性变形 2.4 金属的断裂
2.1 单向静拉伸实验简介
单向静拉伸试验：
• 是工业上应用最广泛的金属力学性能试 验方法之一。
温度、应力状态和加载速率确定 • 特点：
试样为标准的光滑圆柱试样
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。
一、拉伸曲线（拉伸图）：
由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拉伸力-伸长曲线。
引伸计
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
二、应力-应变曲线：
将拉伸力-伸长曲线的纵、 横坐标分别用拉伸试样的原 始截面积A0和原始标距长 度L0去除，则得到应力-应 变曲线。因均系以一常数相 除，故曲线形状不变，称为 工程应力－应变曲线。
铝合金
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
五、真实应力－应变曲线
拉伸变形过程中 横截面积和长度 是不断变化的
如果用拉伸时试样的真实 断面A和真实长度L去除， 得到真应力S和真应变e(ψe) 绘制曲线，则得到真实应 力-应变曲线(OBK曲线)。
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
六、应力-应变曲线的类型
工程应力(Stress) 工程应变(Strain)
σ=F／A0 ε=ΔL／L0
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
三、两曲线相互关系： 二者具有相同或相似的形状，但坐标刻度不同，意义 不同；拉伸曲线不能直接给出材料的力学性能指标， 应力-应变曲线可直接给出材料的力学性能指标。
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
c d
• 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：弹 性极限σe 、屈服点σs 、抗拉强度σb 等。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。
2.1 单向静拉伸实验简介
• 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。
屈服强度σs/0.2
抗拉强度σb 断后伸长率δ 断面收缩率ψ
2.1 单向静拉伸实验简介
• 试验的温度、应力状态、加载速率和试 样等都有严格规定 (GB/T228-2002)外力不增加或增加很小 Nhomakorabea略有降低
的情况下，变形继续产生，拉伸图
b
上出现平台或呈锯齿状，如图中的
a
ab段，称为屈服平台或屈服齿。如
果卸载，试样的变形只能部分恢复，
而保留一部分残余变形，即塑性变
形，这说明钢的变形进入弹塑性变
形阶段。σs称为材料的屈服强度或 屈服点。（对于无明显屈服的金属
材料，规定以产生0.2%残余变形的
2.1 单向静拉伸实验简介
(S0)
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。
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。
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
c d
2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
四、低碳钢试样的拉伸过程（四个阶段）
④局部变形阶段：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， b a
随变形增大，载荷不断下降，
产生大量不均匀塑性变形，且
集中在颈缩处，缩颈现象产生。
最后应力达到σk时试样断裂。 σk为材料的条件断裂强度，它 表示材料对塑性的极限抗力。
L0—原始标距； I—平行长度； L—试样总长度； R—过渡弧半径；
2.1 单向静拉伸实验简介
常用拉伸试样形状
光滑圆 柱试样
板状 试样
2.1 单向静拉伸实验简介
拉伸试样的尺寸
光滑圆柱试样:试件的标距长度L0比直径d0 要大得多；通常，L0=5d0或L0=10d0
板状试样:试件的标距长度L0应满足下列关 系式：L0 = 5.65 S0 或 L0 = 11.3 S0
四、低碳钢试样的拉伸过程（四个阶段）
①弹性变形阶段：曲线的起始部
分，图中的oa段。当应力低于
b
a
σe时，应力与试样的应变成正
比，应力去除，变形消失，即
试样处于弹性变形阶段，σe为 材料的弹性极限，它表示材料
保持完全弹性变形的最大应力。
c d
四、低碳钢试样的拉伸过程（四个阶段）
②屈服阶段：当应力超过σe 后，应力 与应变之间的直线关系被破坏，在
第2章 金属在单向静拉伸载荷 下的力学性能
2.1 单向静拉伸实验简介 2.2 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线 2.3 塑性变形 2.4 金属的断裂
2.1 单向静拉伸实验简介
单向静拉伸试验：
• 是工业上应用最广泛的金属力学性能试 验方法之一。
温度、应力状态和加载速率确定 • 特点：
试样为标准的光滑圆柱试样