力学性能

力学性能

金属材料的力学性能是指金属在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速度）联合作用下所表现的行为。力学性能通常表现为金属的变形和断裂，可以理解为金属抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。

力学性能取决于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，但载荷性质、应力状态、温度和环境介质等外在因素对力学性能也有很大影响。

1.拉伸试验

拉伸实验是材料力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。例如：弹性模量E、比例极限R p、上和下屈服强度R eH和R eL、强度极限R m、延伸率A、收缩率Z。

弹性阶段oa

应力—应变呈线性关系（虎克定律），变形可逆，无论加力或卸力期间应力与应变之间保持单值线性关系，变形量比较小，一般不超过0.5—1%。弹性直线段最高点的应力称理论比例极限，从理论上讲过此点应力—应变偏离虎克定律。过了比例极限为滞弹性（或非线性弹性）范围，其结束点称为理论弹性极限，超过它微塑性应变发生，或微屈服应变发生。

弹性模量（E）的概念：在弹性变形阶段，应力与应变成正比关系，其比例因子既为弹性模量，它是表征残留弹性变形抗力的力学指标。即弹性直线段的斜率。

工程上，弹性模量是度量残留刚度的指标，其值越大，在相同应力下产生的弹性变形量越小。

塑性变形阶段（ad）：

过了弹性极限段是屈服前的微塑性应变阶段。接下来便是不连续屈服（或连续屈服）阶段，最高点是应变暴发性增长的点，屈服应变突然增加（连续屈服无此现象），致使应变速率高于试验机位移速率，导致应力减小或应力并不增加，保持相对平稳状态，但塑性应变在增加。屈服结束便是均匀塑性变形阶段，也称应变硬化阶段，应力单值增加，应变是均匀和连续的

微观分析屈服显现.由于间隙原子C、N所形成的柯氏气团对位错有很强的钉扎作用，必须在较大的外加应力下才能使位错挣脱气团的钉扎而移动，这一应力值就是应力应变曲线上的上屈服点，位错一旦挣脱气团的钉扎，就可以在较低的应力下运动，这就是下屈服点，此时试样继续延伸而应力保持定值或作微小波动，这就是屈服齿或屈服平台

失稳断裂阶段（de）：过了塑性应变硬化阶段，便是非均匀塑性变形阶段，分为分散性失稳和集中性失稳阶段。

拉伸试样的切取与制备试样（取样部位按GB/T2975规定）。

平行长度： 对于圆形横截面试样：Lc ≥L0+d/2。对于矩形横截面积试样：Lc ≥L0+1.5 。 过渡半径： 圆形横截面试样：r ≥0.75d 。矩形横截面和弧形横截面试样：r ≥12mm 。 宽厚比： 标准推荐不超过8:1，但不适于小于3mm 的薄板。

表面粗糙度：矩形横截面试样Ra 应不大于3.2μm （两面机加工样），对于四面机加工矩形

横截面样Ra 不大于0.8μm 。

试样标距 比例试样A (或A11.3 )

试样原始标距与原始横截面积 00S k L 关系者称为比例试样。

短试样：k ＝5.65，长试样： k ＝ 11.3

圆形试样：短试样：L0=5d0，长试样：Lo=10d0

非比例试样

试样原始标距与原始横截面积无固定关系者称为非比例试样。A80mm （固定的原始标距）。

拉伸试验参数的定义

屈服点：呈现屈服现象的金属材料，试样在试验过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长

时的应力点。

上屈服强度（Reh ）：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。

下屈服强度（Rel ）：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。

规定非比例延伸强度（Rp ）试样标距部分的非比例延伸达到规定的原始标距百分比时的应力。例如： Rp0.2表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力。

规定总延伸强度（Rt ） 试样标距部分的总伸长（弹性延伸加塑性延伸）达到规定的原始标距百分比时的应力。例如：Rt0.5表示规定总延伸率为0.5%时的应力。

抗拉强度（Rm ） 试样拉断过程中最大力所对应的应力

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

断后伸长率（A）断后标距的残余伸长(LI- Lo)与原始标距(Lo)之比的百分率。

应变硬化指数n值

n值的直接物理意义是材料均匀变形的能力，材料应变强化的能力是指把变形从大应变处向小应变处转移的能力，n值大材料不易进入分散失稳，这对拉胀类和拉深类成形都是有利的；n值隐含的物理意义是整个变形区域上应变分布的均匀性。因此在冲压以拉为主的零件时，n值大的材料，厚度分布均匀，表面质量好，不易产生裂纹，成形性能好。

塑性应变比r值

试样拉伸时，长度延伸，宽度和厚度都要收缩（变窄、变薄），实际拉伸时宽度和厚度方向的收缩并不相同，一般以宽度方向的应变量与厚度方向的应变量的比值r来表示这种差异，称为塑性应变比：其直接物理意义是薄板抵抗厚度变化的能力，因为冲压成形时，一般都希望在板平面方向变形，不希望厚度发生过大的变化，宽向变窄可用毛料的尺寸来补偿，而厚向变薄容易导致破裂的发生，所以r值高则板平面方向容易变形。

试验结果处理

试验出现下列情况之一其试验结果无效，应重做同样数量试样的试验。

a) 试样断在标距外或断在机械刻划的标距标记上，而且断后伸长率小于规定最小值;

b) 试验期间设备发生故障，影响了试验结果

电子万能试验机的使用注意事项

1、由于电气参数初始化的原因，开机、关机时要注意顺序，开机顺序为主机

－计算机－打印机，关机顺序为试验机－打印机－计算机。

2、安装试样前要注意将横梁限位调整好，以防止损坏机器。

3、上下移动横梁时，应注意不要超过横梁限位，并且防止夹具与引伸计的碰