1.1.2 碳钢的力学性能
【课题】 1.1.2 了解碳钢的力学性能（授课人：王竞男）
【授课类型】理论课
【教学目标】
【知识与技能目标】
1.了解碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标；
2.了解拉伸试验的原理、过程，常见的硬度测试方法及其指标；
3.进一步理解常见类型碳钢及其力学性能特点。
【过程与方法目标】
1. 通过学习碳钢常见的力学性能及其衡量指标，理解力学性能对碳钢应用的重要影响；
2. 通过学习拉伸试验的原理、观看拉伸试验过程的视频，了解碳钢强度、塑性衡量指标的来源
和含义；
3. 了解硬度测试方法和类型，能根据材料类型初步选择合适的硬度。
【情感态度与价值观目标】
1.通过对材料的拉伸试验、硬度测试方法的学习，形成科学严谨的学习态度；
2.通过对碳钢的力学性能与其衡量指标的学习，懂得方法的选择以合适、恰当为最好。
【教学重点】1. 碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标；
2. 拉伸试验过程和硬度测试方法。
3. 常见类型碳钢及其力学性能特点。
【教学难点】常见类型碳钢及其力学性能特点。
【教学方法】
学情分析：学生已经对碳钢及其成分有了一定的认识，但对碳钢力学性能及其衡量指标缺乏系统的认知，且由于学生在力学相关的物理学科知识方面基础薄弱，所以在学习力学性能部分时，应联系生活、生产中生动形象的实际例子帮助学生理解。
教法：读书指导法、问题引导法、小组讨论法
学法：以自学法为主，配合讨论法
【教学用具】多媒体设备及多媒体课件
【教学时间】2课时（90分钟）
【教学过程】
一、新课导入（7分）
师：同学们，本节课我们将进一步深入学习和了解碳钢的力学性能。假如你已经步入工作岗位，现在需要为一批订单选购适于数控车削的原材料，那么你会从哪些方面来挑选？请简要说明原因。下面给大家半分钟思考时间，然后分别请几位同学为大家举例。
生：材料的软硬程度，这将决定其是否适宜车削加工……
师：碳钢之所以获得广泛应用，是由于它具有良好的力学性能。碳钢的力学性能不但是设计零件、选用材料的重要依据，而且也是按验收标准来鉴定材料的依据以及对产品工艺进行质量控制的重要参数。
下面，就让我们进入到今天这节课的学习——碳钢的力学性能。
二、明确目标
结合PPT展示，明确本节课的学习目标和学习重、难点，让学生将任务了然于胸。
三、讲授新课
1.强度与拉伸试验
（1）强度的含义
师：哪位同学能从课本上找到强度的含义并为大家响亮地读出来？
生：强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
师：下面让我们来一起学习和理解强度的含义，你们认为这则定义的关键词有哪些？
生集体回答：静载荷、永久变形
师：何谓静载荷呢？静载荷：构件所承受的不随时间而变化的外力。
师：什么又叫做永久变形？永久变形：外力去除后不可恢复的变形，相对的叫做弹性变形。
师：谁能举些永久变形或断裂的的例子呢？
生：折弯的钢管、断裂的路面、折断的粉笔……
（2）内力与应力
师：那么，我们如何来衡量一种材料的强度呢？这就要用到内力与应力的知识。
①内力
当一个结构受到外力作用时，其内部各质点之间的相互作用会发生改变, 产生一种抵抗外力与变形的力，称为内力。
②应力
应力是构件的单位横截面上所产生的内力。
公式：σ= F/s 【F—内力，N;s—受力面积，m2；σ—应力，Pa】
师：那么应力对于材料的强度有何作用呢？
当应力达到某一极限值（许用应力）时，材料就会遭到破坏。
③拉伸试验
师：根据外力作用性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。工程中常用的是屈服强度和抗拉强度。通过拉伸试验可以测定屈服强度和抗拉强度。
拉伸试验机在试验过程中可以绘制出施加的载荷与试件变形量的线图，称为拉伸曲线。
第Ⅰ阶段：弹性变形阶段（OE段）
试件受力后，长度增加，产生变形，这时如将外力卸
去，试件工作段的变形可以消失，恢复原状。此类变形称
为弹性变形，故称此阶段为弹性变形阶段。此阶段，曲线
呈直线状。
第Ⅱ阶段：屈服阶段（ES段）
弹性变形阶段后，试件的伸长显著增加，但外力却在
小范围内上下波动。外力不需增加，变形却继续增大，这
种现象称为屈服。屈服阶段中拉力波动的最低值称为屈服
载荷，用F s表示。所对应的应力称为屈服极限，用σs表
示。此阶段，曲线出现波动。
第Ⅲ阶段：强化阶段（SB段）
屈服阶段后，需加大外力，才能继续增加变形，试件对变形的抵抗能力又获得增强，力与变形是非线性的关系。此阶段称为强化阶段。
第Ⅳ阶段：颈缩阶段（BK段）
当拉力继续增大到某确定数值时，试件某处突然逐渐局部变细，形同细颈，称颈缩现象。颈缩出现前，试件所能承受的拉力最大值，称为最大载荷，用F b表示。所对应的应力称为强度极限，用σb表示。此阶段，曲线单调下降。
2.塑性
师：根据你们的自学，什么叫做塑性？
生：塑性是指金属材料在给定载荷作用下，产生永久变形而不被破坏的能力。
师：当某种材料制成的构件由于塑性较低产生永久变形后，其常见的变化都有哪些？
生：金属材料在受到拉伸产生变形时，长度和横截面积都要发生变化。
师：有哪些衡量指标来衡量一种材料塑性的高低呢？
生：金属材料的塑性可以用材料的断后伸长率δ和断面收缩率ψ两个指标来衡量。
师：那么下面让我们来学习一下什么叫做断面伸长率δ和断面收缩率ψ？
断后伸长率δ：试件拉断后，工作段的残余伸长量Δl=l0-l1与标距长度l0的比值，代表试件拉断后塑性变形程度，称为材料的伸长率，用δ表示。
即
断面收缩率ψ：试件断口处横截面面积的相对变化
率称为断面收缩率，用ψ表示，即
师：根据对上面两个指标的学习，你觉得断面伸长率δ和断面收缩率ψ与材料的塑性高低有何关系？
生：金属材料的断面伸长率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不被破坏。
师：工程上通常把常温、静载下伸长率大于5%的金属材料称为塑性材料，如低碳钢；而把伸长率小于5%的金属材料称为脆性材料，如灰口铸铁等。
3.硬度
师：根据你们的自学，什么叫做硬度？
生：硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，是衡量材料软硬程度的指标。
师：硬度是由硬度计测试出来的，你们知道常用的硬度标准有哪些吗？
生：有布氏硬度和洛氏硬度。
师：常用的硬度标准有很多，最常用的三种除了布氏硬度和洛氏硬度还有维氏硬度，下面就让我们来学习这三种硬度标准的测试方法和应用范围。
①布氏硬度（HB）
测试方法：用一定大小的试验力P，把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被
测金属的表面，保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d，然
后按公式求出布氏硬度HB值，或者根据d从布氏硬度表中查出HB值。
缺点：被测材料太硬，会使钢球明显变形，故只能在硬度值小于HB450的材料上得到清晰压痕。且试样须经表面准备、打磨，较费时。
应用范围：布氏硬度主要用来测定铸铁、有色金属、以及
退火、正火和调质处理后钢材的硬度，如半成品和原材料。不
宜测定太硬、太小、太薄的工件。
②洛氏硬度（HR）
试验方法：用一个顶角为120度的金刚石圆锥体在一定载
荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。
优点：洛氏硬度试验操作简单、迅速、压痕小。
缺点：对于组织和硬度不均匀的材料，硬度值波动较大，
准确性不如布氏硬度值。
应用范围：测试热处理后硬度较高的成品零件及较薄的
工件，当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，改
用洛氏硬度计量。
③维氏硬度（HV）
试验方法：以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为138°的方锥形金刚石压入材料表面，保持规定时间后，测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。
维氏硬度值一般不标单位，在符号HV前写出硬度值。
优点：维氏硬度试验力小（常用49.03N），压痕浅，轮廓清晰，数值准确，
试验力选择范围大（49.03～980.7N），所以可测量从很软到很硬材料的硬度，
维氏硬度值之间能直接比较。
缺点：试验麻烦，不宜用于成批生产的常规检验。
适用范围：维氏硬度常用来测试薄片材料、金属镀层及零件表面硬化层的
硬度。
4.韧性
师：什么叫做韧性？
生：韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收
能量的能力。
师：韧性能表示一种材料的什么性能呢？
生：可用来衡量金属料抵抗冲击载荷的能力。韧
性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。
师：衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度a k
来表示。冲击韧度是通过冲击试验来测定的。a k值
低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材
料。
5.疲劳强度
①许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。如：轴、齿轮、弹簧等。承受交变载荷的构件将产生循环应力。
循环应力：应力的大小和方向随时间作周期性的变化。
②师：人长时间工作后会觉得疲劳，金属材料也是如此，那么什么叫做金属材料的疲劳呢？
生：在交变载荷作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力循环作用后，也会产生裂纹或突然发生脆性断裂，这种现象叫做疲劳。
师：大家觉得在工程结构中，疲劳可能带来什么后果呢？
生：由于疲劳不易发现，机械零件发生疲劳破坏前往往没有预兆，因此疲劳破坏常常会造成重大事故。
③师：疲劳性能可通过疲劳试验测出，主要设备为疲劳试验机，经过试验可以将试验数据整理成线图，即为疲劳曲线。试验证明，当应力低于某一数值时，材料可经过无数次循环应力作用而不断裂，这一应力称为疲劳强度。
在工程上，疲劳强度指材料在交变载荷作用下经受无限多次循环而不发生断裂的最大应力。一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。
④师：那么有什么措施可以提高工件的疲劳强度呢？
合理设计零件结构、避免应力集中、降低表面粗糙度值、进行表面滚压、喷丸处理、表面热处理等，可以提高工件的疲劳强度。
四、教学小结
1.碳钢常见力学性能的含义及其衡量指标；
2.拉伸试验的原理、过程，常见的硬度测试方法及其指标；
3.常见类型碳钢及其力学性能特点。
五、课堂练习
练习册P4 第一题、基础知识；第二题、能力拓展1（必做）
能力拓展2、3（选做）
六、板书设计
碳钢的力学性能：
1.强度与拉伸试验
2.塑性
3.硬度
4.韧性
5.疲劳强度
七、教学反思
本节课的教学内容中，碳钢常见力学性能的含义及其衡量指标部分在学生自学的基础上，以学生总结和分析为主，教师再结合各指标相应试验分析，最后进行概括总结，基本达到教学目标。拉伸试验的原理、过程，常见的硬度测试方法及其指标部分，则以教师讲解和多媒体展示图片、动画为主，再通过学生的练习、展示，发现问题，进而有针对性的解决、击破。整节课教学目标基本达成。
低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能资料讲解
低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能
低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能 根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 1.低碳钢拉伸实验 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能： （1）弹性阶段 在拉伸的初始阶段，σ-ε曲线为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（σp），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。线性阶段后，σ-ε曲线不为直线，应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σe），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。 （2）屈服阶段
超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σs）。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。 （3）强化阶段 经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线，其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。 在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（σb），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。 （4）局部变形阶段
碳素钢牌号
一、国内外常用钢钢号对照表 中国国际原苏联美国日本德国英国法国 GB/T 700 ISO 3573 ISO 630 GOST 535 GOST 380 ASTM A283M ASTM A573M ASTM A284M ASTM A709M JIS G3101 JIS G3131 JIS G3106 DIN EN10025 BS 970 Part1 BS EN10025 NF EN10025 Q 195 HR2 CT1KP CT1CP CT1PC Gr.B SS 330 (SS34) SPHC SPHD 040A10 Q 215 A HR1 CT2KP-2 CT2PC-2 CT2CP-2 Gr.C Gr.58 SS 330 (SS34) SPHC Fe 360 C 040A12 Fe 360 C Fe 360 C Q 215 B CT2KP-3 CT2PC-3 CT2CP-3 Gr.C Gr.58 Gr.C SS 330 (SS34) SPHC SPHD 040A12 Q235 A Fe 360 A CT3KP-2 CT3PC-2 CT3CP-2 Gr.D SS 400 (SS41) SM 400A (SM41A) Fe 360 B Fe 360 C 080A15 Fe 360 B Fe 360 C Fe 360 B Fe 360 C Q 235 B Fe 360 D CT3KP-3 CT3PC-3 CT3CP-3 Gr.D SS 400 (SS41) SM 400A (SM41A) Fe 360 B Fe 360 C 080A15 Fe 360 B Fe 360 C Fe 360 B Fe 360 C Q 235 C Fe 360 D CT3KP-4 CT3PC-4 CT3CP-4 Gr.D Gr.65 Gr.D SS 400A (SS41A) SM 400B (SM41B) Fe 360 C 080A15 Fe 360 C Fe 360 C Q 235 D Fe 360 D CT3KP-4 CT3PC-4 CT3CP-4 SS 400A (SS41A) Fe 360D1 Fe 360D2 Fe 360D1 Fe 360D2 Fe 360D1 Fe 360D2
低碳钢拉伸时力学性能的测定
§1.3 低碳钢拉伸时力学性能的测定 一、 实验目的和要求 1、 了解万能试验机的构造原理，掌握其操作规程和方法。 2、 观察试件拉伸过程中表现的变形规律和破坏现象。 3、 熟悉球铰引伸仪的正确使用方法。 4、 观察比例极限内力与变形间的线性关系，验证虎克定律。 5、 测定低碳钢的强度特征（屈服极限бs 和强度极限бb ），塑性特征（延伸率δ和截面收缩率ψ），绘制б—ε曲线。 二、实验内容和原理 常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验,可用以测定弹性常数E 和μ ,比例极限 бp ,屈服极限бs ，抗拉强度бb ，断后伸长率δ和断面收缩率ψ等。这些力学性能都是工程设计的重要依据. 1.验证虎克定律 弹性模量是应力低于比例极限时应力与应变的比值。 l A Pl E ?==00εσ 为验证荷载与变形的关系是否符合虎克定律 ,减少测量误差,实验一般用等增量法加载,即把荷载分成若干相等的加载等级ΔP,然后逐级加载。为保证应力不超出比例极限,加载前先估算出式样的屈服载荷,以屈服载荷的70%~80%作为测定弹性模量的最高载荷Pn 。此外,为使实验机夹紧式样,消除引伸仪和实验机机构的间 隙,以及开始阶段引伸仪刀刃在式样 上的可能滑动，对式样应施加一个初 载荷P 0，P 0可取为P n 的10%。从P 0 到P n 将载荷分成n 级,且n 不小于5, 于是 n P P P n 0-=? n 5≥ 例如，若低碳钢的屈服极限б s =235Mpa ，试样直径d 0=10mm ，则 ）取KN N d P s n 15(14800%804 120=??=σπ KN P P n 5.1%100=?= 实验时，从P 0到Pn 逐级加载，载荷的每级增量为ΔP 。对应着每个载荷Pi
钢材的力学性能
B 钢材的力学性能 含碳2%以下的铁碳合金称为钢。炼钢的主要任务是按所炼钢种的质量要求，调整钢中碳和合金元素含量到规定范围之内，并使P 、S 、H 、O 、N 等杂质的含量降至允许限量之下。炼钢过程实质上是一个氧化过程，炉料中过剩的碳被氧化，燃烧生成CO 气体逸出，其它Si 、P 、Mn 等氧化后进入炉渣中。S 部分进入炼渣中，部分则生成SO 2排出。当钢水成份和温度达到工艺要求后，即可出钢。为了除去钢中过剩的氧及调整化学成份，可以添加脱氧剂和铁合金或合金元素。 1、拉力试验 按标准制备的拉力试样，安装在拉力试验机的夹头内，对试样缓慢施加单轴向拉伸应力，直至试样被拉断为止的试验称作拉力试验。 （1）强度 金属材料在外力作用下，抵抗变形和断 裂的能力叫强度。强度指标包括：比例极限、弹性极限、屈服强度、抗拉强度等。 （2）比例极限 对金属施加拉力，金属存在着力与 变形成直线比例的阶段，而这个阶段的最大极限负荷Pp 除以试样的原横截面积即为比例极限，用σP 表示。 （3）弹性极限 金属受外力作用发生了变形，外力 去掉后，能完全恢复原来的形状，这种变形称为弹性变形。金属能保持弹性变形的最大应力称为弹性极限，用σe 表示。 （4）抗拉强度 试样拉伸时，在拉断前所承受的最大 负荷除以原横截面积所得的应力，称作抗拉强度，用σb 表示。当材料所受的外应力大于其抗拉强度时，将会发生断裂。因此σb 越高，则表示它能承受愈大的外应力而不致于断裂。 国外标准的结构钢常按抗拉强度来分类，如SS400，其中400即表示σb 的最小值为400MPa ，超高强度钢是指σb ≥1373MPa 的钢。 （5）屈强比 屈强比即屈服强度与抗拉强度之比值 （σS /σb ）。屈服比值越高，则该材料的强度愈高，屈强比值愈低则塑性愈佳，冲压成形性愈好。如深冲钢板的屈强比值为≤0.65。弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役，受载荷时不允许产生塑性变形，因此要求弹簧钢经淬火、回火后具有尽可能高的弹性极限和屈强比值（σS /σb ≥0.90）。此外，疲劳寿命与抗拉强度及表面质 量往往有很大关联。 （6）塑性 金属材料在受力破坏前可以经受永久变 形的性能称为塑性。塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示。伸长率与断面收缩率越高，则塑性越好。 2、冲击韧性 用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功，称为冲击韧性以αk 表示。 目前常用的10mm ×10mm ×55mm 、带2mm 深的V 形缺口夏氏冲击试样，标准上直接采用冲击功AK ，而不是采用αk 值。因为单位面积上的冲击功并无实际意义。 冲击功对于检查金属材料在不同温度下的脆性转化最为敏感，而实际服役条件下的灾难性破断事故，往往与材料的冲击功及服役温度有关。因此在有关标准中常常规定某一温度时的冲击功值为多少、还规定FATT （断口面积转化温度）要低于某一温度的技术条件。所谓FATT ，即一组在不同温度下的冲击试样冲断后，对冲击断口进行评定，当脆性断裂占总面积的50%时所对应的温度。由于钢板厚度的影响，对厚度≤10mm 的钢板，可取得3/4小尺寸冲击试样（7.5mm ×10mm ×55mm ）或1/2小尺寸冲击试样（5mm ×10mm ×55mm ）。但是一定要注意，同规格及同温度下的冲击功值才可相互比较。只有在标准规定的条件下，才可按标准的换算方法，折算成标准冲击试样的冲击功，再相互比较。 3、硬度试验 金属材料抵抗压头（淬硬的钢球或具有1200圆锥或角锥的金刚石压头）压陷表面的能力称为硬度。根据试验方法和适用范围的不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度以及显微硬度、高温硬度等。冶金产品常用的是布氏硬度和洛氏硬度。 4、宝钢企业标准（Q/BQB ） 宝钢企标中的钢号大致可分为3个来源：即从日本JIS 标准、德国DIN 标准移植及自行开发研制的钢号。从日本JIS 标准中移植来的钢号，一般首位常为S （Steel ）；从DIN 标准移植来的钢号，一般常以ST 开头（Stahl 德文中的“钢”）；宝钢自行开发研制的钢号，一般首位常以宝钢的拼音首位B 开头。（作者单位：辽阳县产品质量监督检验所） □谷迎春王立伟 质量论谈 4
材料的力学性能.
第五章材料的力学性能 §5.1 概述 前一章讨论变形体静力学时，研究、分析与解决问题主要是利用了力的平衡条件、变形的几何协调条件和力与变形间的物理关系。物体系统处于平衡状态，则系统中任一物体均应处于平衡状态，物体中的任一部分亦应处于平衡状态。力的平衡问题，与作用在所选取研究对象上的力系有关；在弹性小变形条件下，变形对于力系中各力作用位置的影响可以不计，故力的平衡与材料无关；用第二章所讨论的平衡方程描述。变形的几何协调条件，是在材料均匀连续的假设及结构不发生破坏的前题下，结构或构件变形后所应当满足的几何关系，主要是几何分析，也不涉及材料的性能。 因此，研究变形体静力学问题，主要是要研究力与变形间的物理关系。力与变形间的物理关系显然是与材料有关的。不同的材料，在不同的载荷、环境作用下，表现出不同的力学性能（或称材料的力学行为）。前一章中，我们以最简单的线性弹性应力-应变关系—虎克定律，来描述力与变形间的物理关系，讨论了变形体力学问题的基本分析方法。这一章将对材料的力学性能进行进一步的研究。 材料的力学性能，对于工程结构和构件的设计十分重要。例如，所设计的构件必须足够“强”，而不至于在可能出现的载荷下发生破坏；还必须保持构件足够“刚硬”，不至于因变形过大而影响其正常工作。因此需要了解材料在力的作用下变形的情况，了解什么条件下会发生破坏。由力与变形直至破坏的行为研究中确定若干指标来控制设计，以保证结构和构件的安全和正常工作。 材料的力学性能是由试验确定的。试验条件（温度、湿度、环境）、试件几何（形状和尺寸）、试验装置（试验机、夹具、测量装置等）、加载方式（拉、压、扭转、弯曲；加载速率、加载持续时间、重复加载等）、试验结果的分析和描述等，都应按照规定的标准规范进行，以保证试验结果的正确性、通用性和可比性。
112 碳钢的力学性能
【课题】1、1、2 了解碳钢的力学性能(授课人:王竞男) 【授课类型】理论课 【教学目标】 【知识与技能目标】 1、了解碳钢常见的力学性能:强度、塑性、硬度、韧性与疲劳强度的含义及其衡量指标; 2、了解拉伸试验的原理、过程,常见的硬度测试方法及其指标; 3、进一步理解常见类型碳钢及其力学性能特点。 【过程与方法目标】 1、通过学习碳钢常见的力学性能及其衡量指标,理解力学性能对碳钢应用的重要影响; 2、通过学习拉伸试验的原理、观瞧拉伸试验过程的视频,了解碳钢强度、塑性衡量指标的来源 与含义; 3、了解硬度测试方法与类型,能根据材料类型初步选择合适的硬度。 【情感态度与价值观目标】 1、通过对材料的拉伸试验、硬度测试方法的学习,形成科学严谨的学习态度; 2、通过对碳钢的力学性能与其衡量指标的学习,懂得方法的选择以合适、恰当为最好。 【教学重点】1、碳钢常见的力学性能:强度、塑性、硬度、韧性与疲劳强度的含义及其衡量指标; 2、拉伸试验过程与硬度测试方法。 3、常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学难点】常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学方法】 学情分析:学生已经对碳钢及其成分有了一定的认识,但对碳钢力学性能及其衡量指标缺乏系统的认知,且由于学生在力学相关的物理学科知识方面基础薄弱,所以在学习力学性能部分时,应联系生活、生产中生动形象的实际例子帮助学生理解。 教法:读书指导法、问题引导法、小组讨论法 学法:以自学法为主,配合讨论法 【教学用具】多媒体设备及多媒体课件 【教学时间】2课时(90分钟) 【教学过程】 一、新课导入(7分) 师:同学们,本节课我们将进一步深入学习与了解碳钢的力学性能。假如您已经步入工作岗位,现在需要为一批订单选购适于数控车削的原材料,那么您会从哪些方面来挑选？请简要说明原因。下面给大家半分钟思考时间,然后分别请几位同学为大家举例。 生:材料的软硬程度,这将决定其就是否适宜车削加工…… 师:碳钢之所以获得广泛应用,就是由于它具有良好的力学性能。碳钢的力学性能不但就是设计零件、选用材料的重要依据,而且也就是按验收标准来鉴定材料的依据以及对产品工艺进行质量控制的重要参数。 下面,就让我们进入到今天这节课的学习——碳钢的力学性能。 二、明确目标 结合PPT展示,明确本节课的学习目标与学习重、难点,让学生将任务了然于胸。 三、讲授新课 1、强度与拉伸试验
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能 低碳钢具有良好的塑性，由R-ε曲线（图1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 比例系数E代表直线（OA) 的斜率，称作材料的弹性模量。 屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点（Bˊ)作为材料屈服极限ReL。ReL是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过ReL，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限ReL作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。 强化阶段（CD)：屈服阶段结束后，R-ε曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗能力，载荷就必须不断增长。如果在这一阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶段平行，但重新加载后，材料的弹性阶段加长、屈服强度明显提高，而塑性却相应下降。这种现象称作为形变强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。塑性变形和形变强化二者联合，是强化金属材料的重要手段。例如喷丸，挤压，冷拨等工艺，就是利用材料的冷作硬化来提高材料强度的。强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。随塑性变形的增长，试样表面的滑移线亦愈趋明显。D点是R-ε曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度记作Rm。对低碳钢来说Rm是材料均匀塑性变形的最大抗力，是材料进入颈缩阶段的标志。
螺栓强度等级对照表
钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是： 1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.6； 3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到： 1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.9； 3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级 螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa 8.8公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2 一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的， X*100=此螺栓的抗拉强度， X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度 （因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10）
=============== 如4.8级 则此螺栓的 抗拉强度为：400MPa 屈服强度为：400*8/10=320MPa ================= 另：不锈钢螺栓通常标为A4-70，A2-70的样子，意义另有解释度量 当今世界上长度计量单位主要有两种，一种为公制，计量单位为米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等，在欧州、我国及日本等东南亚地区使用较多，另一种为英制，计量单位主要为英寸（inch），相当于我国旧制的市寸，在美国、英国等欧美国家使用较多。 1、公制计量：（10进制） 1m =100 cm=1000 mm 2、英制计量：（8进制） 1英寸=8英分 1英寸=25.4 mm 3/8￠￠×25.4 =9.52 3、1/4￠￠以下的产品用番号来表示其称呼径，如： 4#， 5#， 6#， 7#， 8#， 10#， 12# 螺纹 一、螺纹是一种在固体外表面或内表面的截面上，有均匀螺旋线凸起的形状。根据其结构特点和用途可分为三大类：
低碳钢和铸铁力学性能分析
低碳钢和铸铁力学性能分析 题目：低碳钢和铸铁的力学性能分析 学院：机械工程学院学号：xxxxxxxxxxx 姓名：专业班级：xxx 指导老师：xxx 日期：2019年4月 低碳钢和铸铁的力学性能分析 作者：xxx 作者单位：255000 山东理工大学 摘要：材料的力学性能是指在外力作用下所表现出的抵抗能力。由于载荷形式的不同，材料可表现出不同的力学性能，如强度、硬度、塑形、韧度、疲劳强度等。材料的力学性 能是零件设计、材料选择及工艺评定的主要依据。本文主要讨论低碳钢和铸铁的力学性能 在拉伸和压缩情况下的影响。 关键词：低碳钢、铸铁、拉伸、压缩 （一）材料微观组成分析 材料的微观结构几乎决定了外在性能，所以要了解研究材料的性能必须深入研究材料 的组成成分。而研究材料的组成成分需要从下面这张铁碳合金相图说起。 这张图记录了奥氏体在在不同温度下的恒温转变时组成成份和物质状态的变化。低碳 钢是指碳含量 低于0.3%的碳素钢;铸铁是指碳含量在2.11%-6.69%的金属，其中用于拉伸和压缩试 验的铸铁为灰口铸铁，成分一般范围为Wc=2.5%-4.0% Wsi=1.0%-2.2% Wmn=0.5%-1.3% Ws≤0.15% Wp≤0.3%。低碳钢经过奥氏体转变的基体是铁素体和珠光体，灰口铸铁的基体 是珠光体二次渗碳体和莱氏体。铁素体和工业纯铁相似，塑形韧性较好，强度硬度较低。 渗碳体是一种复 杂的间隙化合物，硬度很高，但塑性和韧性几乎为零，是钢中的主要强化相。珠光体 是铁素体和渗碳体的机械混合物，常见的形态是两者呈片层相间分布，片层越细强度越高。铸铁中的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成的机械混合物，其中渗碳体较多，脆性大，硬度高，塑形很差。 1 2 （二）拉伸试验
钢材的物理力学性能和机械性能表
钢材的物理力学性能和机械性能表 钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等. 单独作用下所显示的各种机械性能。钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能； 通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能； 通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。 1.屈服点(σs) 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2，(MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2) 2.屈服强度(σ0.2) 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 3.抗拉强度(σb) 材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。 设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo (MPa)。
4.伸长率(δs) 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5.屈强比(σs/σb) 钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为 0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。 6.硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 ⑴布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 ⑵洛氏硬度(HR) 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材
07实验一低碳钢拉伸时的力学性能
《力学原理与工程应用》教案标题：任务2.2实验一低碳钢拉伸时的力学性能 教学目标： 1）能口述实验原理； 2）能操作拉伸试验机设备； 3）能根据记录数据绘制应力-应变曲线； 4）能描述应力-应变曲线的特征； 5）能描述应力屈服极限σ s 、强度极限σ b 、断后伸长率A、断面收缩率z的概念。 教学重点及难点： 1）重点：绘制应力-应变曲线 2）难点：分析应力-应变曲线的特征 教学内容（教学时数：2H） 实验项目：低碳钢拉伸时力学性能 实验时间： 实验地点：建筑工程学院力学实验室 实验课时：2H 同组成员： 一、实验目的 1、研究低碳钢的应力-应变曲线图 2、测定低碳钢屈服极限σ s 、强度极限σ b 、断后伸长率A、断面收缩率z 二、实验设备： WE-600B型万能材料试验机、游标卡尺 三、实验原理 1、构件的强度和变形不仅与构件的尺寸和承受的载荷有关，而且与所选用材
料的力学性能有关。 2、材料的力学性能是指材料承载时，在强度和变形等方面所表现出来的特性，一般由试验来确定。 3、只讨论在常温和静载条件下材料的力学性能。所谓常温就是指室温，静载是指载荷从零开始缓慢地增加到一定数值后不再改变（或变化极不明显）的载荷。 4、试件。必须按照国家标准(GB228—76)加工成标准试件。通常采用圆截面的标准长试件（d l 10=）或短试件（d l 5=）。 5、由于加工中存在误差，所以试验前要进行相关尺寸的测量。 6、将试件装在夹头中，然后开动机器缓慢增加载荷。 7、试件受到由零逐渐增加的拉力F 作用，同时发生伸长变形，加载一直进行到试件断裂为止。 8、这一过程中，试验机的测力示值系统会显示出每一时刻的拉力F ，试验机的位移-载荷记录系统会将每一时刻的拉力F 和对应的变形l ?自动绘制成拉伸图。 9、拉伸图反映出试件的力学性能与试件的尺寸是相关的。为了消除试件几何尺寸的影响，利用A F N =σ和l l ?=ε，将拉伸图转化为应力-应变曲线。应力-应变曲线反映试件材料本身的力学性能。 四、实验步骤 1、试件尺寸测量 2、安装试件，检查并启动机器 3、缓慢增加载荷，直至试件断裂为止 4、收集机器自动绘制的拉伸图 5、绘制应力-应变图 6、计算分析得到材料的屈服极限、强度极限、断后伸长率、断面收缩率
影响钢材力学性能的因素2
2.3影响钢材力学性能的因素 影响钢材力学性能的因素有： 化学成分冶金和轧制过程时效冷作硬化温度 应力集中和残余应力复杂应力状态 1.化学成分 钢的基本元素为铁（Fe），普通碳素钢中占99%，此外还有碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）等杂质元素，及硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等有害元素，这些总含量约1%，但对钢材力学性能却有很大影响。 碳：除铁以外最主要的元素。碳含量增加，使钢材强度提高，塑性、韧性，特别是低温冲击韧性下降，同时耐腐蚀性、疲劳强度和冷弯性能也显著下降，恶化钢材可焊性，增加低温脆断的危险性。一般建筑用钢要求含碳量在0.22%以下，焊接结构中应限制在 0.20%以下。 硅：作为脱氧剂加入普通碳素钢。适量硅可提高钢材的强度，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无显著的不良影响。一般镇静钢的含硅量为0.10%～0.30%，含量过高（达1%），会降低钢材塑性、冲击韧性、抗锈性和可焊性。 锰：是一种弱脱氧剂。适量的锰可有效提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，并改善钢材的冷脆倾向，同时不显著降低钢材的塑性、冲击韧性。 普通碳素钢中锰的含量约为0.3%～0.8%。含量过高（达1.0%～1.5%以上）使钢材变脆变硬，并降低钢材的抗锈性和可焊性。 硫：有害元素。引起钢材热脆，降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等。一般建筑用钢含硫量要求不超过0.055%，在焊接结构中应不超过0.050%。 磷：有害元素。虽可提高强度、抗锈性，但严重降低塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，
尤其低温时发生冷脆，含量需严格控制，一般不超过0.050%，焊接结构中不超过 0.045%。 氧：有害元素。引起热脆。一般要求含量小于0.05%。 氮：能使钢材强化，但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性。一般要求含量小于0.008%。 为改善钢材力学性能，可适量增加锰、硅含量，还可掺入一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素，炼成合金钢。钢结构常用合金钢中合金元素含量较少，称为普通低合金钢。 2.冶金轧制过程 ?按炉种分： 结构用钢我国主要有三种冶炼方法：碱性平炉炼钢法、顶吹氧气转炉炼钢法、碱性侧吹转炉炼钢法。 平炉钢和顶吹转炉钢的力学性能指标较接近，而碱性侧吹转炉钢的冲击韧性、可焊性、时效性、冷脆性、抗锈性能等都较差，故这种炼钢法已逐步淘汰。 ?按脱氧程度分： 沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。 沸腾钢脱氧程度低，氧、氮和一氧化碳气体从钢液中逸出，形成钢液的沸腾。沸腾钢的时效、韧性、可焊性较差，容易发生时效和变脆，但产量较高、成本较低；半镇静钢脱氧程度较高些，上述性能都略好；而镇静钢的脱氧程度最高，性能最好，但产量较低，成本较高。 3.其他因素 时效
实验一 低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定
实验一 低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定 一、实验目的 1.观察分析低碳钢的拉伸过程，了解其力学性能；绘制拉伸曲线F-△L ，由此了解试样在拉伸过程中变形随载荷的变化规律以及有关物理现象； 2.测定低碳钢材料在拉伸过程中的几个力学性能指标：s σ、b σ、δ、ψ； 3.了解万能材料试验机的结构原理，能正确独立操作使用。 二、实验设备 1.SHT5305拉伸试验机。 2.x —Y 记录仪。 3.游标卡尺。 三、拉伸试样 四、实验原理和方法 首先将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓慢加载，试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。 1.弹性阶段 是指拉伸图上的OA ′段，没有任何残留变形。在弹性阶段，存在一比例极限点A ，对应的应力为比例极限p σ，此部分载荷与变形是成比例，εσE =。 2.屈服阶段 对应拉伸图上的BC 段。金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志，
是位错增值和运动的结果，是由切应力引起的。在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点，对应的屈服应力为 0/A F SL S =σ 3.强化阶段 对应于拉伸图中的CD 段。变形强化标志着材料抵抗继续变形的能力在增强。这也表明材料要继续变形，就要不断增加载荷。D 点是拉伸曲线的最高点，载荷为F b ，对应的应力是材料的强度极限或抗拉极限，记为b σ 0/A F b b =σ 4.颈缩阶段 对应于拉伸图的DE 段。载荷达到最大值后，塑性变形开始局部进行。这是因为在最大载荷点以后，形变强化跟不上变形的发展，由于材料本身缺陷的存在，于是均匀变形转化为集中变形，导致形成颈缩。材料的塑性性能通常用试样断后残留的变形来衡量。轴向拉伸的塑性性能通常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示，计算公式为 %100/001?-=l l l ）（δ %100/010?-=A A A ）（ψ 式中，l 0、A 0分别表示试样的原始标距和原始面积；l 1、A 1分别表示试样标距的断后长 度和断口面积。 五、实验步骤 1.取实验材料，并用游标卡尺量取其直径（量三次取平均值），记为d 0; 2.量取试样标记范围的长度（量三次取平均值），记为l 0; 3.将试样架在万能试验机上夹紧； 4.通过电脑控制给试样加载，并观察材料的变形过程，同时电脑将自动绘制出拉伸曲线； 5.待材料拉断为止，取下试样测量拉伸后试验的直径和长度（均测量三次），分别记作d 1，l 1。 六、数据记录及处理 1.拉伸试样拉伸前后的直径和长度
碳钢的力学性能
【课题】了解碳钢的力学性能（授课人：王竞男） 【授课类型】理论课 【教学目标】 【知识与技能目标】 1.了解碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标； 2.了解拉伸试验的原理、过程，常见的硬度测试方法及其指标； 3.进一步理解常见类型碳钢及其力学性能特点。 【过程与方法目标】 1. 通过学习碳钢常见的力学性能及其衡量指标，理解力学性能对碳钢应用的重要影响； 2. 通过学习拉伸试验的原理、观看拉伸试验过程的视频，了解碳钢强度、塑性衡量指标 的来源和含义； 3. 了解硬度测试方法和类型，能根据材料类型初步选择合适的硬度。 【情感态度与价值观目标】 1.通过对材料的拉伸试验、硬度测试方法的学习，形成科学严谨的学习态度； 2.通过对碳钢的力学性能与其衡量指标的学习，懂得方法的选择以合适、恰当为最好。 【教学重点】1. 碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标； 2. 拉伸试验过程和硬度测试方法。 3. 常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学难点】常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学方法】 学情分析：学生已经对碳钢及其成分有了一定的认识，但对碳钢力学性能及其衡量指标缺乏系统的认知，且由于学生在力学相关的物理学科知识方面基础薄弱，所以在学习力学性能部分时，应联系生活、生产中生动形象的实际例子帮助学生理解。 教法：读书指导法、问题引导法、小组讨论法 学法：以自学法为主，配合讨论法 【教学用具】多媒体设备及多媒体课件 【教学时间】2课时（90分钟） 【教学过程】 一、新课导入（7分） 师：同学们，本节课我们将进一步深入学习和了解碳钢的力学性能。假如你已经步入工作岗位，现在需要为一批订单选购适于数控车削的原材料，那么你会从哪些方面来挑选请简要说明原因。下面给大家半分钟思考时间，然后分别请几位同学为大家举例。 生：材料的软硬程度，这将决定其是否适宜车削加工…… 师：碳钢之所以获得广泛应用，是由于它具有良好的力学性能。碳钢的力学性能不但是设计零件、选用材料的重要依据，而且也是按验收标准来鉴定材料的依据以及对产品工艺进行质量控制的重要参数。 下面，就让我们进入到今天这节课的学习——碳钢的力学性能。 二、明确目标 结合PPT展示，明确本节课的学习目标和学习重、难点，让学生将任务了然于胸。 三、讲授新课
测定低碳钢和铸铁的拉伸力学性能
测定低碳钢和铸铁的拉伸力学性能 一、实验目的 本试验以低碳钢和铸铁为代表，了解塑性材料在简单拉伸时的机械性质。它是力学性能试验中最基本最常用的一个。一般工厂及工程建设单位都广泛利用该实验结果来检验材料的机械性能。试验提供的 E ，R eL ，R m ，A 和Z 等指标，是评定材质和进行强度、刚度计算的重要依据。本试验具体要求为： 1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象。 2．测定强度数据，如屈服点R eL ，抗拉强度R m 。 3．测定塑性材料的塑性指标：拉伸时的伸长率A ，截面收缩率Z 。 4．比较塑性材料与脆性材料在拉伸时的机械性质。 二、实验原理 进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。一般试验机都设有自动绘图装置，用以记录试样的拉伸图即F-ΔL 曲线，形象地体现了材料变形特点以及各阶段受力和变形的关系。但是F-ΔL 曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。因此，拉伸图往往用名义应力、应变曲线(即R-ε曲线)来表示： 0F R S = ——试样的名义应力 L L ?=ε——试样的名义应变 S 0和L 0分别代表初始条件下的面积和标距。R-ε曲线与F-ΔL 曲线相似，但消除了几何尺寸的影响。因此，能代表材料的属性。单向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在R-ε曲线上定义的。如果试验能提供一条精确的拉伸图，那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地测定。 不同性质的材料拉伸过程也不同，其R-ε曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质截然不同的两种典型材料，它们的拉伸曲线在工程材料中十分典型，掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。 低碳钢具有良好的塑性，由R-ε曲线（图1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 R E ε= （1-1） 比例系数E 代表直线OA 的斜率，称作材料的弹性模量。 屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点（B ˊ)作为材料屈服极限R eL 。R eL 是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过R eL ，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限R eL 作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。
钢材力学性能实用实用标准一览表
钢材力学性能指标汇总表钢筋的公称横截面积与公称重量 公称直径，mm 公称横截面积mm 2 公称重量，Kg/m 6.5 33.18 8 50.27 0.395 10 78.54 0.617 12 113.1 0.888 14 153.9 1.21 16 201.1 1.58 18 254.5 2.00 20 314.2 2.47 22 380.1 2.98 25 490.9 3.85 28 615.8 4.83 32 804.2 6.31 36 1018 7.99 40 1257 9.87 50 1964 15.42 注：表中公称重按密度为7.85g/cm3计算。 一、钢筋混凝土用热轧带肋钢精GB1499-1998 1、力学性能 牌号公称直径mm 屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs%
不小于 HRB335 6~25 28~50 335 490 16 HRB400 6~25 28~50 400 570 14 HRB500 6~25 28~50 500 630 12 2、弯曲性能（按下表规定的弯心直径弯曲180°后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹）牌号公称直径mm 弯曲试验弯心直径 HRB335 6~25 28~50 3a 4a HRB400 6~25 28~50 4a 5a HRB500 6~25 28~50 5a 7a 二、钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB13013-91 表面形状钢筋级别强度等级代号公称直径mm 屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs% 冷弯d弯心直径a公称直径 不小于 光圆ΙR235 8~20 235 370 25 180°d=a 三、低碳钢热轧圆盘条GB/T701-1997 牌号屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs% 冷弯180°d弯心直径a公称直径 不小于 Q215 215 375 27 d=0 Q235 235 410 23 d=0.5a 四、冷轧扭钢筋JG3046-1999 表一轧扁厚度、节距
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能
低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能 根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 1、低碳钢拉伸实验 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能： （1）弹性阶段 在拉伸的初始阶段，ζ-ε曲线为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（ζp ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E 。线性阶段后，ζ-ε曲线不为直线，应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（ζ e ），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。 （2）屈服阶段 超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（ζs ）。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面 1 打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。 （3）强化阶段 经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线，其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。 在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（ζ b ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb 。 （4）局部变形阶段 试样拉伸达到强度极限ζ b 之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限ζ b 之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲 2 线呈现下降趋势，直至最后在f 点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。 （5）伸长率和断面收缩率 试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的L 变为L1。用百分比表示的比值δ=（L1-L ）/L*100%称为伸长率。试样的塑性变形越大，δ也越大。因此，伸长率是衡量材料塑性的指标。原始横截面面积为A 的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为A1，用百分比表示的比值Ψ=（A-A1）/A*100%称为断面收缩率。Ψ也是衡量材料塑性的指标。
低碳钢拉伸力学性能
第十四 讲 课题：第四章轴向拉伸与压缩 4．4 材料拉伸和压缩时的力学性能 目的任务：理解材料拉伸和压缩时的力学性能 重点:低碳钢拉伸时的力学性能 难点：屈服阶段 教学方法：多媒体 第四章轴向拉伸与压缩 4．4 材料拉伸和压缩时的力学性能 材料的力学性能Material Properties——材料在外力作用下，其强度和变形方面所表现出来的性能（也称机械性能）。 通过试验揭示材料在受力过程中所表现出的与试件几何尺寸无关的材料本身特性。如变形特性，破坏特性等。 研究材料的力学性能的目的是确定在变形和破坏情况下的一些重要性能指标，以作为选用材料，计算构件强度、刚度的依据。 塑性材料Ductile Materials:低碳钢等 脆性材料Brittle Materials:铸铁等 本节主要介绍低碳钢和铸铁在常温(指室温)、静载(指加载速度缓慢平稳)下的力学性能。 4．4．1低碳钢拉伸时的力学性能
1.试件和设备 标准试件:圆截面试件，标距L与直径d的比例分为，L=10d，L=5d； 试验设备:拉力机简图实验 2.低碳钢拉伸时的力学性能 低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢，如A3钢、16Mn钢。 拉伸试验（The Tensile Test）：绘出F-△L曲线（载荷——变形）由于F-△L曲线与试样的尺寸有关，为了消除试件尺寸的影响，常采用应力应变曲线，即σ-ε曲线来代替F-△L曲线。 σ-ε曲线（Stress-Strain Diagram）：
低碳钢试件拉伸时的 曲线 1．弹性阶段比例极限σ p Elastic deformation
oa段：在拉伸的初始阶段应力σ与应变ε为直线关系直至a点， 此时a点所对应的应力值称为比例极限，用σp表示。 虎克定律Hooke’s Law: 当σ<σp，有 它表示应力与应变成正比，即有 E为弹性模量Modulus of Elasticity aa′段，已不再是直线，说明材料已不符合虎克定律。但在aa′段内卸载，变形也随之消失，说明aa′段也发生弹性变形， oa′段称为弹性阶段。a′点所对应的应力值记作σe——弹性极限elastic limit 弹性极限与比例极限非常接近，近似地用比例极限代替弹性极限。