金属材料在静拉伸载荷下的力学性能

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1、第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能静载荷：加载速率.d1、应力增长率:在5~10MPa/s.dt2、变形速率绝对变形速率：单位时间内试样长度的增长率。dlV1mm/s，5mm/Sdt相对变形速率：应变速率.d在10-4~10-2/s，dt揭示三种失效方式：过量弹性变形、塑性变形断裂测出最基本的力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、断后伸长率弹性模量主要内容:物理概念与实用意义弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律和原理性能指标的影响因素提高上述性能指标的方向和途径第一节拉伸力–伸长曲线和应力应变曲线一、拉伸试验（附录A：GB/T228-2002：金属材料室温拉伸试验GB/T228-

2、87）1、标准比例试样：圆形试样L0=5d0或L0=10d02、拉伸实验动画oe:弹性变形力去除后能恢复原状的变形。e点后:塑性变形外力去除后不能恢复原状的变形。ek：弹-塑性变形阶段e点后平台：屈服外力不增加或是上下波动而试样继续产生塑性变形而伸长的现象。cB:均匀塑性变形阶段B:点后局部缩颈现象低碳钢在拉伸力作用下的变形过程：1、弹性变形2、不均匀屈服塑性变形3、均匀塑性变形4、不均匀集中塑性变形5、断裂二、工程应力-应变曲线和真实应力-应变曲线1、工程应力-应变曲线拉伸曲线----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=F／A0工程应变――伸长量除以原始标距

3、长度即得工程应变ε，ε=Δl／l02、拉伸性能指标1）σe弹性极限2）σs屈服强度3)σb抗拉强度4)σK断裂强度5）δ伸长率6）E弹性模量3、不同材料的拉伸曲线图a图b图c图d无加工硬化有明显的屈服现象无屈服现象无明显的塑性变形低碳钢铝合金、铜合金、淬火高碳钢、铸铁冷拔钢丝中碳合金钢4、真实应力-应变曲线FFSA2d4dldelldlel0l第二节弹性变形一、弹性变形的实质金属材料弹性变形是其晶格中的原子自平衡位置产生可逆位移的反应。双原子模型：FrFF=A/r2-A(r0)2/r4Fmax:在弹性状态下的断裂载荷二、弹性模量广义胡克定律E1[v()]112

4、3E1[v()]2231E1E[v()]G33122(1v)E表征材料对弹性变形的抗力E相同的σ下:E↑ε↓表1-1几种金属材料在常温下的弹性模量金属材料E/105MPa铁2.17铜1.25铝0.72铁及低碳钢2.0铸铁1.7-1.9低合金钢2.0-2.1奥氏体不锈钢1.9-2.0应力和应变的关系实质是原子间作用力和原力间距的关系.材料的弹性模量与原子间结合力和原子间距有关.首先决定于结合键：共价键结合的材料弹性模量最高SiC，SiN陶瓷材料有很高的弹性模量。34金属键有较强的键力其弹性模量适中金属的原子间作用力取决于原子本性和晶格类型弹性模量取决于原子

5、本性和晶格类型例如铁(钢)的弹性模量为210GPa，是铝(铝合金)的三倍(E≈70GPa)，Al弹性模量是和材料的熔点成正比的钨的弹性模量又是铁的2倍，铁是铝的3倍。单晶体金属弹性各向异性多晶体金属弹性伪各向同性三、弹性极限和比例极限1、弹性极限σeσeep材料只发生弹性变形所能承受的最大应力σp应用：不允许产生微量塑性变形的机件2、比例极限σp材料所受应力与应变成正比关系的最大应力应用：应力与应变严格的直线关系的机件注意：多晶体材料，各晶粒变形不同时，很难测出准确和唯一的σe和σp用规定的微量塑性变形(残余伸长)所需的应力来表征。σ↑E↓→a↑ee理想的弹簧材料要求有高的弹性比功成分与热处

6、理对弹性极限影响大，对弹性模量影响不大。仪表弹簧因要求无磁性，铍青铜，磷青铜等软弹簧材料。表1-2弹簧材料的弹性比功材料E/MPaσe/MPaae/MJ.m-3高碳弹簧钢2100009650.228(2.21)65Mn13804.76155Si2Mn14805.47620000050CrVA14205.041不锈钢(冷轧)10002.5铍青铜1200005881.44磷青铜1010004501.0五:弹性不完善性eee11e1e2e2e1e20t0t0t0e表1-3一些金属材料的比循环韧性在不同应力水平下的比循环韧性材料31.5MPa46.23MPa77.28MPa碳钢(WC=0.

7、10%)2.282.784.16镍铬淬火回火钢0.380.490.71Cr13不锈钢8.08.08.018-8不锈钢0.761.163.8灰铸铁28.040.0黄铜0.50.86(三)包申格效应产生了少量塑性变形的材料，再同向加载规定残余伸长应力升高；反向加载规定残余伸长应力降低的现象。2´130.124.048.50e17.2828.73包申格效应变施密特(Schmid)定律滑移方向上的分切应力为：称为取