金屬材料應(yīng)力應(yīng)變曲線

關(guān)于金屬材料應(yīng)力應(yīng)變曲線第1頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六力學(xué)性質(zhì)：在外力作用下材料在變形和破壞方面所表現(xiàn)出的力學(xué)性能試件和實(shí)驗(yàn)條件常溫、靜載一、拉伸時(shí)的應(yīng)力——應(yīng)變曲線第2頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六1、試件L0標(biāo)點(diǎn)標(biāo)距d0（1）材料類型：

低碳鋼：

灰鑄鐵：2．標(biāo)準(zhǔn)試件：塑性材料的典型代表；脆性材料的典型代表；（2）標(biāo)準(zhǔn)試件：標(biāo)距：用于測試的等截面部分長度；尺寸符合國標(biāo)的試件；圓截面試件標(biāo)距：L0=10d0或5d0第3頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六2、試驗(yàn)機(jī)第4頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六第5頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六3、低碳鋼拉伸曲線第6頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六明顯的四個(gè)階段1、彈性階段ob比例極限彈性極限2、屈服階段bc（失去抵抗變形的能力）屈服極限3、強(qiáng)化階段ce（恢復(fù)抵抗變形的能力）（均勻塑性變形）強(qiáng)度極限（對最大均勻塑性變形的抗力）4、局部徑縮階段ef第7頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六(1)彈性階段比例極限σp

oa段是直線，應(yīng)力與應(yīng)變在此段成正比關(guān)系，材料符合虎克定律，直線oa的斜率就是材料的彈性模量，直線部分最高點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值記作σp，稱為材料的比例極限。曲線超過a點(diǎn)，圖上ab段已不再是直線，說明材料已不符合虎克定律。但在ab段內(nèi)卸載，變形也隨之消失，說明ab段也發(fā)生彈性變形，所以ab段稱為彈性階段。b點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值記作σe

，稱為材料的彈性極限。

彈性極限與比例極限非常接近，工程實(shí)際中通常對二者不作嚴(yán)格區(qū)分，而近似地用比例極限代替彈性極限。

第8頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六

(2)屈服階段屈服點(diǎn)

曲線超過b點(diǎn)后，出現(xiàn)了一段鋸齒形曲線，這—階段應(yīng)力沒有增加，而應(yīng)變依然在增加，材料好像失去了抵抗變形的能力，把這種應(yīng)力不增加而應(yīng)變顯著增加的現(xiàn)象稱作屈服，bc段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)(或屈服極限)。在屈服階段卸載，將出現(xiàn)不能消失的塑性變形。工程上一般不允許構(gòu)件發(fā)生塑性變形，并把塑性變形作為塑性材料破壞的標(biāo)志，所以屈服點(diǎn)是衡量材料強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)。第9頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六

(3)強(qiáng)化階段抗拉強(qiáng)度

經(jīng)過屈服階段后，曲線從c點(diǎn)又開始逐漸上升，說明要使應(yīng)變增加，必須增加應(yīng)力，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱作強(qiáng)化，ce段稱為強(qiáng)化階段（加工硬化）。曲線最高點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值記作，稱為材料的抗拉強(qiáng)度(或強(qiáng)度極限)，它是衡量材料強(qiáng)度的又一個(gè)重要指標(biāo)。

(4)縮頸斷裂階段曲線到達(dá)e點(diǎn)前，試件的變形是均勻發(fā)生的，曲線到達(dá)e點(diǎn)，在試件比較薄弱的某一局部(材質(zhì)不均勻或有缺陷處)，變形顯著增加，有效橫截面急劇減小，出現(xiàn)了縮頸現(xiàn)象，試件很快被拉斷，所以ef段稱為縮頸斷裂階段。

第10頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六4.塑性指標(biāo)試件拉斷后，彈性變形消失，但塑性變形仍保留下來。工程上用試件拉斷后遺留下來的變形表示材料的塑性指標(biāo)。常用的塑性指標(biāo)有兩個(gè):

伸長率:%斷面收縮率

:%L1—試件拉斷后的標(biāo)距L—是原標(biāo)距A1—試件斷口處的最小橫截面面積A—原橫截面面積。

、值越大，其塑性越好。一般把≥5％的材料稱為塑性材料，如鋼材、銅、鋁等；把<5％的材料稱為脆性材料，如鑄鐵、混凝土、石料等。

第11頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六工程應(yīng)用：冷作硬化1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載2、過彈性范圍卸載、再加載

即材料在卸載過程中應(yīng)力和應(yīng)變是線形關(guān)系，這就是卸載定律。

材料的比例極限增高，延伸率降低，稱之為冷作硬化或加工硬化。第12頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六

對于脆性材料（鑄鐵），拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線，沒有屈服和徑縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。斷后伸長率約為0.5%。為典型的脆性材料。

σbt—拉伸強(qiáng)度極限（約為140MPa）。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強(qiáng)度指標(biāo)。5、灰鑄鐵第13頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六常溫、靜載§9-5二、壓縮時(shí)的應(yīng)力——應(yīng)變曲線1、試樣及試驗(yàn)條件第14頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六aO1O2f1(f)aE=tgaD(ss下)(se)BC(ss上)A(sp)E(sb)gs(MPa)200400e0.10.2OEy=tga低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線低碳鋼壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線2、低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)第15頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六

金屬材料的壓縮試樣，一般制成短圓柱形，柱的高度約為直徑的1.5~3倍，試樣的上下平面有平行度和光潔度的要求非金屬材料，如混凝土、石料等通常制成正方形。

低碳鋼是塑性材料，壓縮時(shí)的應(yīng)力–應(yīng)變圖，如圖示。

在屈服以前，壓縮時(shí)的曲線和拉伸時(shí)的曲線基本重合，屈服以后隨著壓力的增大，試樣被壓成“鼓形”，最后被壓成“薄餅”而不發(fā)生斷裂，所以低碳鋼壓縮時(shí)無強(qiáng)度極限。第16頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六sbyseOsbL灰鑄鐵的拉伸曲線灰鑄鐵的壓縮曲線aa=45o~55o剪應(yīng)力引起斷裂3、灰鑄鐵第17頁，共20頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)50分，星期六

曲線沒有明顯的直線部分，應(yīng)力較小時(shí)，近似認(rèn)為符合虎克定律。曲線沒有屈服階段，變形很小時(shí)沿與軸線大約成45°的斜截面發(fā)生破裂破壞。曲線最高點(diǎn)的應(yīng)力值稱為抗壓強(qiáng)度。

鑄鐵材料抗壓性能遠(yuǎn)好于抗拉性能，這也