第二章 材料的力學(xué)性能

材料力學(xué)第二章材料的力學(xué)性能1第二章

材料的力學(xué)性能本章內(nèi)容:2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能2.2其他塑性材料拉伸時的力學(xué)性能2.3鑄鐵拉伸時的力學(xué)性能2.4低碳鋼和鑄鐵的壓縮試驗*2.5低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)試驗23第二章

材料的力學(xué)性能工程材料的基本力學(xué)性能試驗

工程材料在外力作用下表現(xiàn)出的變形和破壞特征，稱為材料的力學(xué)性能（亦稱機械性能）。

對于常用金屬材料，一般選用低碳鋼和鑄鐵作為代表，其破壞形式可歸納為塑性屈服和脆性斷裂。塑性屈服破壞前有明顯的頸縮現(xiàn)象2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能鑄鐵低碳鋼脆性斷裂變形量很小，破壞前沒有任何征兆就突然斷裂4第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能1.拉伸曲線與拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線

（a）拉伸試驗機（b）力-位移曲線5第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能拉伸曲線可分為四個階段：

6第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能（2）屈服階段（bc）

過了彈性變形階段，試樣伸長顯著增大，而外力僅在小范圍內(nèi)上、下波動，這一現(xiàn)象稱為屈服或滑移。

屈服階段應(yīng)力的波動除初瞬時外的最低點，稱為下屈服點，較為穩(wěn)定，命名為屈服極限σs。

由于在屈服階段會產(chǎn)生明顯的塑性變形，這將影響構(gòu)件的正常工作，工程上將這個現(xiàn)象稱為屈服失效。若試樣表面經(jīng)過打磨，會發(fā)現(xiàn)試樣表面有與軸成450的滑移條紋線，滑移方向會有最大切應(yīng)力。7第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能（3）強化階段（ce）屈服階段后試樣又恢復(fù)了抵抗變形的能力，要使之繼續(xù)變形必須增加拉力，故稱為強化變形階段。此時，力與變形之間已不成正比，具有非線性的變形特征。

這說明，材料經(jīng)卸載再加載，彈性變形階段升高了，塑性變形的范圍降低了，由Of’降低至d’f’，這一現(xiàn)象被稱為材料的冷作硬化。8第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能（4）局部變形階段（ef）

當(dāng)試樣拉力繼續(xù)增大至某一確定值（e點）后，會發(fā)現(xiàn)試樣某處直徑突然變細，該處表面溫度升高，稱為頸縮現(xiàn)象。

頸縮時，變形主要集中在該處附近形成局部變形。雖然承受的外力急劇降低，但應(yīng)力增大，最后在頸縮處被拉斷。9第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能10第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能

（1）強度指標(biāo)

2.材料的主要力學(xué)性能

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材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能它是應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，彈性階段斜直線的斜率，表示材料抵抗彈性變形的剛度，即產(chǎn)生單位應(yīng)變所能承受的應(yīng)力

12威廉教堂（WillenChurch

）唯一現(xiàn)存保持原貌的由胡克設(shè)計的的建筑胡克定律（1678年）羅伯特胡克RobertHooke(1635-1703)力學(xué)家、建筑設(shè)計師，多才多藝，后來有人稱之為“英國的達芬奇”

第二章

材料的力學(xué)性能13第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能

14第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能（4）斷后伸長率與斷面收縮率斷后伸長率定義為斷后伸長率是材料的塑性指標(biāo)，其數(shù)值越大，塑性性能越好。

標(biāo)距段的伸長量為15第二章

材料的力學(xué)性能2.1低碳鋼的拉伸力學(xué)性能伸長率和斷面收縮率代表材料的塑性指標(biāo)，它表達材料抵抗塑性變形的能力，都是無量綱。

斷面收縮率在常溫靜力作用下一般規(guī)定：當(dāng)δ≤5%時，為脆性材料；當(dāng)δ＞5%時，為塑性材料。16第二章

材料的力學(xué)性能2.2其他塑性材料拉伸時的力學(xué)性能

由圖(a)可見，除Q345鋼與Q235鋼（低碳鋼）相似外，其他塑性材料并沒有明顯的屈服平臺階段。

17第二章

材料的力學(xué)性能2.2其他塑性材料拉伸時的力學(xué)性能

在各類碳鋼中，通常含碳量愈高者，其屈服點和強度極限等強度指標(biāo)也愈高，但其伸長率等塑性指標(biāo)將降低。例如合金鋼、工具鋼、彈簧鋼等高強度鋼，就是屈服點較高而塑性性質(zhì)較差。

18第二章

材料的力學(xué)性能2.3鑄鐵拉伸時的力學(xué)性能

灰鑄鐵拉伸時的應(yīng)力-應(yīng)變是一段曲線，如圖所示，沒有明顯的直線段，也沒有屈服平臺和頸縮現(xiàn)象，拉斷前的變形（應(yīng)變）很小，斷后的伸長率也很小，是典型的脆性材料。

19第二章

材料的力學(xué)性能2.4低碳鋼和鑄鐵的壓縮試驗

圖為低碳鋼壓縮時的σ-ε曲線?？梢钥闯觯趶椥噪A段和屈服階段，拉、壓時的曲線重合。

拉、壓時的比例極限、屈服極限和彈性模量基本相同。過了屈服階段，試樣越壓越扁成鼓形，受壓面積增大、抗壓能力則增強，而不發(fā)生斷裂，這是塑性好的材料壓縮時的特點，因而測不出壓縮時的壓縮強度。由于低碳鋼壓縮時的主要性能與拉伸時相似，所以一般可不進行壓縮試驗。20第二章

材料的力學(xué)性能2.4低碳鋼和鑄鐵的壓縮試驗虛線是拉伸時的σ-ε曲線，也無嚴格的直線段，壓縮時的破壞面的法線與軸線的傾角為450-550，是由于相對錯動而造成的，破壞的原因一般認為是該斜截面上切應(yīng)力較大引起的。

鑄鐵壓縮極限一般是拉伸強度的3～4倍

。因此，常利用鑄鐵這一特點制造壓力構(gòu)件。鑄鐵壓縮時的σ-ε曲線21第二章

材料的力學(xué)性能2.4低碳鋼和鑄鐵的壓縮試驗綜上所述得到結(jié)論：1.鑄鐵抗壓不抗拉，低碳鋼抗拉能力和抗壓能力相近；2.鑄鐵壓縮時切應(yīng)力引起破壞失效，低碳鋼拉伸時切應(yīng)力引起屈服失效。22第二章

材料的力學(xué)性能*2.5低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)試驗

剪切胡克定律

23第二章

材料的力學(xué)性能2.5低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)試驗2.5.1低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗

24第二章

材料的力學(xué)性能2.5低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)試驗2.5.2鑄鐵扭轉(zhuǎn)試驗

25第二章