第1章金屬拉伸曲線課件

本章內(nèi)容金屬力學性能基本概念單向拉伸試驗特點拉伸曲線拉伸力學性能指標幾個基本概念1本章內(nèi)容金屬力學性能基本概念1力學性能強度成形性剛度韌性耐久性拉伸屈服壓縮彎曲剪切蠕變延伸率斷面收縮率彎曲曲率模量彎曲模量沖擊強度缺口敏感性磨損阻力疲勞強度金屬的服役性能與力學性能相關拉伸測試沖擊試驗硬度試驗金屬力學性能基本概念2力學性能強度成形性剛度韌性耐久性拉伸延伸率模量沖擊強度磨損阻金屬力學性能基本概念：應力及應力類型力

變形方式

應力類型單向應力剪切應力扭轉(zhuǎn)力矩彎曲力矩拉伸伸長壓縮壓縮剪切剪切扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)彎曲彎曲工程構(gòu)件可能受到的應力類型有：拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲等3金屬力學性能基本概念：應力及應力類型力單向拉伸試驗特點應力狀態(tài)：單向拉應力，應力狀態(tài)簡單，最常用的力學性能試驗方法拉伸試驗反映的信息：彈性變形、塑性變形和斷裂（三種基本力學行為），能綜合評定力學性能。通過拉伸試驗可測材料的彈性、強度、延伸率、加工硬化和韌性等重要的力學性能指標，它是材料的基本力學性能。a.在工程應用中，拉伸性能是結(jié)構(gòu)靜強度設計的主要依據(jù)之一。b.提供預測材料的其它力學性能的參量，如抗疲勞、斷裂性能。c.研究新材料，或合理使用現(xiàn)有材料和改善其力學性能時，都要測定材料的拉伸性能。注意：拉伸試驗的應力狀態(tài)、加載速率、溫度、試樣等都有嚴格規(guī)定（方法：GB/T228-2002；試樣：GB/T6397-1986）。4單向拉伸試驗特點應力狀態(tài)：單向拉應力，應力狀態(tài)簡單，最常用的單向拉伸試驗特點可移動橫梁試樣載荷與位移讀數(shù)載荷和運動控制試驗條件和樣品要符合標準工程應力：σengstress=P/A0A0原始截面積真應力：σtruestress=P/AA=實時截面積5單向拉伸試驗特點可移動橫梁試樣載荷與位移讀數(shù)載荷和運動控制試單向拉伸試驗特點：應力ABFAs=F/A(單位:N/m2orPascal(Pa))6單向拉伸試驗特點：應力ABFAs=F/A6單向拉伸試驗特點：應變應變用來描述塑性變形和彈性變形程度單位長度上的變化量：

e=DL/L0無單位(m/m,mm/mm)7單向拉伸試驗特點：應變應變用來描述塑性變形和彈性變形程度7單向拉伸試驗特點：應力與應變舉例圖中絲的截面積為1

mm2,長度為

100

mm.在絲的下方懸掛10Kg物體，絲的長度變成了

100.5mm.計算：絲中的應力；絲的應變量10Kg8單向拉伸試驗特點：應力與應變舉例圖中絲的截面積為1mm2,應力：9.8×10/1（N/mm2)＝98×106Pa＝98MPa應變：(100.5-100)/100=0.005＝0.5%9應力：9.8×10/1（N/mm2)＝98×106Pa拉伸曲線10拉伸曲線10典型的拉伸曲線s=0.2sbeeeeee11典型的拉伸曲線s=0.2sbeeeeee11彈性變形階段12彈性變形階段12屈服點13屈服點13屈服發(fā)生后的卸載14屈服發(fā)生后的卸載14均勻塑性變形階段15均勻塑性變形階段15頸縮階段16頸縮階段16拉伸曲線：彈性變形原子間的距離發(fā)生伸長和縮短，但原子間的結(jié)合鍵并沒有發(fā)生破壞卸載后變形迅速恢復加載卸載17拉伸曲線：彈性變形加載卸載17拉伸曲線：塑性變形相鄰原子改變，改變后又會迅速產(chǎn)生新的平衡卸載后產(chǎn)生不可恢復的永久變形加載卸載18拉伸曲線：塑性變形加載卸載18塑性變形一定導致斷裂嗎？一些材料可以承受一定的塑性變形而不破壞一些材料承受一定塑性變形就會發(fā)生破壞，如橋梁混凝土，陶瓷，等wire19塑性變形一定導致斷裂嗎？一些材料可以承受一定的塑性變形而不破基本設計準則

施加的應力必須小于材料的強度強度就是材料變形和斷裂的臨界應力20基本設計準則20大多數(shù)的工程材料都可以看作彈性體，因此彈性模量具有普遍性彈性系數(shù)和彈性模量的區(qū)別拉伸力學性能指標（1）彈性模量EF=kx21大多數(shù)的工程材料都可以看作彈性體，因此彈性模量具有普遍性拉伸彈性模量E:單純彈性變形過程中應力與應變的比值。22彈性模量E:22stressstrainAB應力應變A=剛度大B=剛度小剛度與彈性模量的區(qū)別23stressstrainAB應力應變A=剛度大剛度與彈性模材料的彈性模量具有組織不敏感性！24材料的彈性模量具有組織不敏感性！24懸臂梁撓度與彈性模量聚苯乙烯鋁鋼25懸臂梁撓度與彈性模量聚苯乙烯鋁鋼25（2）比例極限定義：滿足線性關系的所能達到的最大應力。tgθ’＝1.5tgθ偏離50％此時，σp50如果偏離25％或10％，記做σp25,,σp10也可以：P/A0意義：強調(diào)正比例關系，是彈性零件必須滿足的性能指標。如彈簧秤θθ’σp5026（2）比例極限定義：滿足線性關系的所能達到的最大應力。θθ（3）彈性極限定義：發(fā)生彈性變形，而不發(fā)生塑性變形的最大應力。規(guī)定一個小的塑性變形量對應的應力值作為彈性極限，如0.005%,0.01%,0.05%.此時彈性極限分別記做：σ0.005,σ0.01,σ0.05也可以：P/A0意義：強調(diào)不發(fā)生塑性變形；（比例極限強調(diào)符合正比例關系）。一般的彈性件，如緊固螺栓27（3）彈性極限定義：發(fā)生彈性變形，而不發(fā)生塑性變形的最大應力對于拉伸曲線上有明顯的屈服平臺的材料，塑性變形硬化不連續(xù)，屈服平臺所對應的應力即為屈服強度，記為ss=Ps/A0對于拉伸曲線上沒有屈服平臺的材料，塑性變形硬化過程是連續(xù)的，此時將屈服強度定義為產(chǎn)生0.2%殘余伸長時的應力，記為σ0.2s=σ0.2=P0.2/A0（4）屈服強度28對于拉伸曲線上有明顯的屈服平臺的材料，塑性變形硬化不連續(xù)，屈29293030小塑性變形抗力指標31小塑性變形抗力指標31

抗拉強度b：定義為試件斷裂前所能承受的最大工程應力，以前稱為強度極限。取拉伸圖上的最大載荷，即對應于b點的載荷除以試件的原始截面積，即得抗拉強度之值，記為σbσb=Pmax／A0

（5）抗拉強度32抗拉強度b：（5）抗拉強度32拉伸斷裂時的真應力稱為真實斷裂強度，記為σf。試驗時測出斷裂點的截荷Pf，試件的最小截面積Af，則斷裂時的平均真應力，即平均斷裂強度值，σf表示如下σf=Pf/Af

通常在拉伸試驗中，不測定斷裂強度。在這種情況下，可以根據(jù)下列經(jīng)驗公式估算斷裂強度σf=σb（1+Ψk）（6）真實斷裂強度33拉伸斷裂時的真應力稱為真實斷裂強度，記為σf。試驗時測出斷大塑性變形抗拉指標34大塑性變形抗拉指標34條件斷面收縮率ψ：斷面收縮率ψ是評定材料塑性的主要指標。（7）條件斷面收縮率35條件斷面收縮率ψ：（7）條件斷面收縮率35條件延伸率：

材料的塑性常用延伸率表示。測定方法如下：拉伸試驗前測定試件的標距L0，拉伸斷裂后測得標距為Lk，然而按下式算出延伸率（8）條件延伸率36條件延伸率：（8）條件延伸率36極限延伸率極限延伸率等于試樣斷裂后的總條件延伸率，K＝ΔLK/L0×100％其中ΔLK＝ΔLE＋ΔLN試驗總結(jié)得出：ΔLE＝β×L0，其中β是常數(shù)ΔLN＝γ×A0，其中γ是常數(shù)，A0是試樣的原始截面積因此：K＝ΔLK/L0×100％＝（β×L0＋γ×A0）/L0×100％＝β＋γ×A0/L0極限延伸率與試樣尺寸A0和L0的比值有關。如果是細長試樣，A0/F0比值小，試樣極限延伸率??；反之則大。為此國家標準對拉伸試樣樣品尺寸作出規(guī)定。兩種：10倍試樣：L0＝10×A0，延伸率記為10；5倍試樣：L0＝5×A0，延伸率記為537極限延伸率極限延伸率等于試樣斷裂后的總條件延伸率，極限延伸依據(jù)體積不變原理，縱向伸長，那么橫向必然收縮n=-橫向應變

=-ey范圍：

0

到0.5大多數(shù)工程材料~0.3

Al=0.33,Zr=0.31,Pb=0.42,Nylon=0.4,硬塑料=0.43,…反泊松比材料幾個基本概念：泊松比縱向應變

ex38依據(jù)體積不變原理，縱向伸長，那么橫向必然收縮幾個基本概念：泊體模量（壓縮彈性模量）：0.5的情況大于0.5的情況小于0.5的情況39體模量（壓縮彈性模量）：39脆性與韌性斷裂前不發(fā)生明顯塑性變形——脆性玻璃、陶瓷、硬塑料高強度鋼斷裂前發(fā)生明顯塑性變形——韌性低強度鋼、銅、鋁、鉛…40脆性與韌性斷裂前不發(fā)生明顯塑性變形——脆性40BrittlefractureDuctilefracture”脆性斷裂”所需的能量：分開原子＋新表面的表面能”韌性斷裂”所需的能量：分開原子＋新表面的表面能+塑性變形消耗的能量（遠大于前兩者之和）BrittlefractureDuctilefracture脆性斷裂韌性斷裂41BrittlefractureDuctilefractu應變應變應力應力塑性材料脆性材料玻璃、陶瓷下面兩種材料強度相近，誰的韌性大？42應變應變應力應力塑性材料脆性材料玻璃、陶瓷下面兩種材料強度相彈性能x

彈性能43彈性能x彈性能43思考那種材料彈性模量最大？（A）哪種材料脆性最大？（C）那種材料塑性最好？（A）那種材料韌性最好？（A）比較強度：屈服強度抗拉強度斷裂強度應變應力44思考那種材料彈性模量最大？（A）思考題1）有頸縮材料的拉伸應力應變曲線分為幾個變形階段？2）敘述金屬拉伸力學性能指標的物理意義和測量方法。3）推導極限延伸率計算公式。說明5倍拉伸試樣和10倍拉伸試樣測量得到的極限延伸率差別的原因？4）一個直徑為2.5mm，長度200mm的桿，在載荷2000N作用下，直徑縮小為2.2mm，計算：a）桿的最終長度（體積不變原理）；b）該載荷作用的真應力與真應變；c）該載荷作用下的條件應力與條件應變。45思考題1）有頸縮材料的拉伸應力應變曲線分為幾個變形階段？45思考題1）美國哥倫比亞號航天飛機解體，從材料上看原因是什