材料的拉伸性能2..
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材料的拉伸性能
1.1 前言 1、拉伸性能: 通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延性、应变 硬化和韧度等重要的力学性能指标，它是材料的基本力 学性能。
2、拉伸性能的作用、用途： a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要 依据之一。 b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、 断裂性能。 （研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能 时，都要测定材料的拉伸性能）
图1-2 低碳钢的工程应力一工程应变曲线
拉伸图
拉伸曲线
拉伸图----加载后标距间的长度变化量l 载荷P关系曲线 拉伸曲线----应力应变曲线 工程应力――载荷除以试件的原始截面积 即得工程应力，σ=P／A0 工程应变――伸长量除以原始标距长度即 得工程应变e，e=Δl／l0
Stress (MPa)
ss 92.9arcsinh(2.81103 Z 0.179 )
ds 92.9arcsinh(9.14 104 Z 0.208 )
103 0.195 exp(2.021104 / RT )
Predicted Data Experimental Data
半组合式曲轴的制造工艺过程：
曲拐的制造
浇铸钢锭
顶锻镦粗
拔 长
开坯成型
弯锻曲拐
压扁精整
热处理
轴颈的制造 浇铸钢锭
机加工
开坯成型
曲拐毛坯
锻造
机加工
主轴毛坯
曲拐毛坯 曲拐的组合 主轴毛坯
加热红套
精加工
曲轴锻造的核心技术 曲拐形状复杂， 尺寸大，是生产曲轴 的关键，实际上，半 组合曲轴毛坯的制造 关键就是曲拐毛坯的 锻造成形技术。
2.拉伸实验中注意的问题
a. 拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。 d / dt 1 ~ 10 MPa / s
严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为 有效，由不同的实验室和工作人员测定的拉伸 性能数据才可以互相比较。 b. 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记录 或绘制试件所受的载荷 P 和伸长量Δl之间的关 系曲线;
l0 11.3 A, l0 5.65 A
压缩试件常采用圆形截面或方形截面的短试 件。试件高度与截面尺寸的比例关系为
圆形截面试件：l0 /d0 =1.5 ~3 ； 方形截面试件：l0 /b =1 ~3 。
目录
试验仪器：万能材料试验机，可变量程万能材料试验机
拉伸试验
d0
L0
标准试件
试件断口
电子拉伸试验机
曲拐弯锻模拟的研究手段及步骤
1.测试材料S34MnV在高温不同应变速率下的应力应 变曲线，建立材料的本构关系模型 2.建立实体模型，选取合适的单元类型对实体进行 网格剖分， 3.确定模具与工件之间的接触传热及摩擦边界条件， 对模具及工件施加载荷 4. 确定与工艺过程对应的模拟步骤，以及各步骤之 间的关系 5. 开始计算，并将计算结果可视化，分析弯锻后曲 拐的塑性流动机制及各场量演化情况
2.0
Байду номын сангаас
b
1.5
Pe
Pp
Ps Pm
Pb
Load / KN
1.0
0.5
0.0 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Distance/ mm
图1-2 低碳钢的拉伸图
true strain-stress line
2.0
1.5
Stress / MPa
Pm 1.0
Pb
0.5
0.0 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Strain
3、本章内容
实验条件： 光滑试件
室温大气介质
单向单调拉伸载荷
研究内容： 测定不同变形和硬化特性的材料的应力-应变曲 线和拉伸性能参数。了解不同材料的性质
1.2 拉伸试验
1. 实验样件
(a)圆截面标准试件：
l0=10d0 ， l0=5d0
标距l0
d0
(b)矩形截面标准试件(截面积为A）： 标距l0
低碳钢拉伸破坏断面
1．3
典型的拉伸曲线
1、材料分类：
按材料在拉伸断裂前是否发生塑性变形， 将材料分为脆性材料和塑性材料两大类。脆 性材料在拉伸断裂前不产生塑性变形 , 只发 生弹性变形；塑性材料在拉伸断裂前会发生 不可逆塑性变形。
高塑性材料在拉伸断裂前不仅产生均匀 的伸长，而且发生颈缩现象，且塑性变形量 大。低塑性材料在拉伸断裂前只发生均匀伸 长，不发生颈缩，且塑性变形量较小。
2、典型的拉伸曲线
s= 0.2 脆断:淬火高 碳钢 e b 弹性变形、颈 缩:冷拔钢丝 e e 弹性变形和均 匀塑性变形、 颈缩:有色金 属 e
s 塑性屈服:低 碳钢 e 非均匀弹性变 形和均匀塑性 变形、颈缩： 纯铜
弹性变形和均 匀塑性变形： 高锰钢，铝青 铜 e
其他金属材料在拉伸时的力学性能
对S34MnV进行的力学性能实验：建立本构关系
2 2 2 0.5 [ ( ) e ] p ss 0 ss n ( ) 1 exp[ k ( ) ] p ss ds p ss
p 2.77 103 Z 0.126
锰钢没有屈服和局部变形阶 段 强铝、退火球墨铸铁没有明 显屈服阶段
共同点：
d 5%，属塑性材料
由于锻压失败而报废的曲拐毛坯
JCFC
日本JCFC公司锻造的214吨、14.270米长的半组合式曲轴
曲轴
国内外船用曲轴的生产及需求情况
目前国外能够生产大型 船用低速柴油机主机曲轴的 国家主要有日本、韩国、捷 克、西班牙、俄罗斯等少数 几个国家。近年来全球曲轴 产量在每年600根左右，其中 日、韩两国的产品约占80％， 国内的上海船用曲轴有限公 司于2005年初制造了第一根 真正意义上的国产化半组合 式曲轴。
n 1.123 0.0914 exp(9.138 103 / RT )
Strain
k 2.797 0.117 exp(3.714 104 / RT )
以现有的造船扩张能力看， 2010年中国需要300根曲轴， 2015年需要420根曲轴，市场 缺口很大。60机曲轴价格在 600万元左右。
HYUNDAI
韩国现代重工生 产的船用柴油机曲 轴目前在国际市场 上占有份额为35%， 年产量为200多根曲 轴。现代重工于 1985年涉足于曲轴 生产领域，现在可 以生产用于l万TEU 级集装箱船柴油主 机的大型曲轴
1.1 前言 1、拉伸性能: 通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延性、应变 硬化和韧度等重要的力学性能指标，它是材料的基本力 学性能。
2、拉伸性能的作用、用途： a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要 依据之一。 b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、 断裂性能。 （研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能 时，都要测定材料的拉伸性能）
图1-2 低碳钢的工程应力一工程应变曲线
拉伸图
拉伸曲线
拉伸图----加载后标距间的长度变化量l 载荷P关系曲线 拉伸曲线----应力应变曲线 工程应力――载荷除以试件的原始截面积 即得工程应力，σ=P／A0 工程应变――伸长量除以原始标距长度即 得工程应变e，e=Δl／l0
Stress (MPa)
ss 92.9arcsinh(2.81103 Z 0.179 )
ds 92.9arcsinh(9.14 104 Z 0.208 )
103 0.195 exp(2.021104 / RT )
Predicted Data Experimental Data
半组合式曲轴的制造工艺过程：
曲拐的制造
浇铸钢锭
顶锻镦粗
拔 长
开坯成型
弯锻曲拐
压扁精整
热处理
轴颈的制造 浇铸钢锭
机加工
开坯成型
曲拐毛坯
锻造
机加工
主轴毛坯
曲拐毛坯 曲拐的组合 主轴毛坯
加热红套
精加工
曲轴锻造的核心技术 曲拐形状复杂， 尺寸大，是生产曲轴 的关键，实际上，半 组合曲轴毛坯的制造 关键就是曲拐毛坯的 锻造成形技术。
2.拉伸实验中注意的问题
a. 拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。 d / dt 1 ~ 10 MPa / s
严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为 有效，由不同的实验室和工作人员测定的拉伸 性能数据才可以互相比较。 b. 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记录 或绘制试件所受的载荷 P 和伸长量Δl之间的关 系曲线;
l0 11.3 A, l0 5.65 A
压缩试件常采用圆形截面或方形截面的短试 件。试件高度与截面尺寸的比例关系为
圆形截面试件：l0 /d0 =1.5 ~3 ； 方形截面试件：l0 /b =1 ~3 。
目录
试验仪器：万能材料试验机，可变量程万能材料试验机
拉伸试验
d0
L0
标准试件
试件断口
电子拉伸试验机
曲拐弯锻模拟的研究手段及步骤
1.测试材料S34MnV在高温不同应变速率下的应力应 变曲线，建立材料的本构关系模型 2.建立实体模型，选取合适的单元类型对实体进行 网格剖分， 3.确定模具与工件之间的接触传热及摩擦边界条件， 对模具及工件施加载荷 4. 确定与工艺过程对应的模拟步骤，以及各步骤之 间的关系 5. 开始计算，并将计算结果可视化，分析弯锻后曲 拐的塑性流动机制及各场量演化情况
2.0
Байду номын сангаас
b
1.5
Pe
Pp
Ps Pm
Pb
Load / KN
1.0
0.5
0.0 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Distance/ mm
图1-2 低碳钢的拉伸图
true strain-stress line
2.0
1.5
Stress / MPa
Pm 1.0
Pb
0.5
0.0 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Strain
3、本章内容
实验条件： 光滑试件
室温大气介质
单向单调拉伸载荷
研究内容： 测定不同变形和硬化特性的材料的应力-应变曲 线和拉伸性能参数。了解不同材料的性质
1.2 拉伸试验
1. 实验样件
(a)圆截面标准试件：
l0=10d0 ， l0=5d0
标距l0
d0
(b)矩形截面标准试件(截面积为A）： 标距l0
低碳钢拉伸破坏断面
1．3
典型的拉伸曲线
1、材料分类：
按材料在拉伸断裂前是否发生塑性变形， 将材料分为脆性材料和塑性材料两大类。脆 性材料在拉伸断裂前不产生塑性变形 , 只发 生弹性变形；塑性材料在拉伸断裂前会发生 不可逆塑性变形。
高塑性材料在拉伸断裂前不仅产生均匀 的伸长，而且发生颈缩现象，且塑性变形量 大。低塑性材料在拉伸断裂前只发生均匀伸 长，不发生颈缩，且塑性变形量较小。
2、典型的拉伸曲线
s= 0.2 脆断:淬火高 碳钢 e b 弹性变形、颈 缩:冷拔钢丝 e e 弹性变形和均 匀塑性变形、 颈缩:有色金 属 e
s 塑性屈服:低 碳钢 e 非均匀弹性变 形和均匀塑性 变形、颈缩： 纯铜
弹性变形和均 匀塑性变形： 高锰钢，铝青 铜 e
其他金属材料在拉伸时的力学性能
对S34MnV进行的力学性能实验：建立本构关系
2 2 2 0.5 [ ( ) e ] p ss 0 ss n ( ) 1 exp[ k ( ) ] p ss ds p ss
p 2.77 103 Z 0.126
锰钢没有屈服和局部变形阶 段 强铝、退火球墨铸铁没有明 显屈服阶段
共同点：
d 5%，属塑性材料
由于锻压失败而报废的曲拐毛坯
JCFC
日本JCFC公司锻造的214吨、14.270米长的半组合式曲轴
曲轴
国内外船用曲轴的生产及需求情况
目前国外能够生产大型 船用低速柴油机主机曲轴的 国家主要有日本、韩国、捷 克、西班牙、俄罗斯等少数 几个国家。近年来全球曲轴 产量在每年600根左右，其中 日、韩两国的产品约占80％， 国内的上海船用曲轴有限公 司于2005年初制造了第一根 真正意义上的国产化半组合 式曲轴。
n 1.123 0.0914 exp(9.138 103 / RT )
Strain
k 2.797 0.117 exp(3.714 104 / RT )
以现有的造船扩张能力看， 2010年中国需要300根曲轴， 2015年需要420根曲轴，市场 缺口很大。60机曲轴价格在 600万元左右。
HYUNDAI
韩国现代重工生 产的船用柴油机曲 轴目前在国际市场 上占有份额为35%， 年产量为200多根曲 轴。现代重工于 1985年涉足于曲轴 生产领域，现在可 以生产用于l万TEU 级集装箱船柴油主 机的大型曲轴