第一章材料單向靜拉伸載荷下

的力學(xué)性能前言：?jiǎn)蜗蜢o拉伸試驗(yàn)是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法之一。本章將詳細(xì)討論金屬材料在單向靜拉伸載荷作用下的基本力學(xué)性能指標(biāo)如：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率和斷面伸長(zhǎng)率等，作為材料在其他載荷和環(huán)境條件下力學(xué)響應(yīng)分析的基礎(chǔ)。第一節(jié)低碳鋼的拉伸

（拉伸力-伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線）

一、拉伸力-伸長(zhǎng)曲線外力作用下材料的變形：靜載荷作用在機(jī)件上的外力——載荷動(dòng)載荷

拉伸試樣1.華人民共和國(guó)GB/T228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》2.試樣的形式如下圖所示：拉伸試驗(yàn)設(shè)備

彈性變形塑性變形斷裂F（載荷）-ΔL（伸長(zhǎng)）圖變形過程中拉伸試樣的變化

變形前的拉伸試樣均勻變形后（包括彈性變形、均勻塑性變形）的拉伸試樣發(fā)生縮頸后的拉伸試樣拉斷后的拉伸試樣常見圓形截面拉伸試樣工程應(yīng)力與工程應(yīng)變工程（公稱）應(yīng)力：Engineering(Conventional)stress工程（公稱）應(yīng)變

Engineering(Conventional)linearstrain二、應(yīng)力—應(yīng)變曲線真應(yīng)力與真應(yīng)變真應(yīng)力（應(yīng)變）：真應(yīng)力的定義（Definitionoftruestress）真應(yīng)變的定義（Definitionoftruestrain）真應(yīng)變與公稱應(yīng)變之間的關(guān)系（Relations）（二）、其它金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能力—伸長(zhǎng)曲線FesbkLFsFbO屈服彈性變形縮頸斷裂塑性變形第二節(jié)彈性變形

（ElasticDeformation）

彈性變形ElasticDeformation

彈塑性變形的微觀解釋一、彈性變形及其實(shí)質(zhì)彈性變形是一種可逆變形（卸載后可以恢復(fù)變形前形狀的變形）彈性變形微觀解釋：變形的實(shí)質(zhì)—雙原子模型

二、彈性模量

（ElasticModulus）

虎克定律（Hook’sLaw）：對(duì)象：直線段為比例變形階段（針對(duì)所有材料）—低碳鋼，復(fù)合材料，陶瓷等；條件：?jiǎn)屋S拉伸E，純剪切（包含扭轉(zhuǎn)）G；定義：產(chǎn)生100%彈性變形所需要的應(yīng)力，取決于原子本性和晶格類型，對(duì)組織不敏感。物理意義：表征金屬材料對(duì)彈性變形的抗力，稱為材料的剛度。E越大，彈性變形越小。零件的剛度：材料剛度與零件橫截面面積之積。幾種金屬在常溫下的彈性模量記住常見工程材料的彈性模量影響彈性模量的因素對(duì)于鋼鐵材料來說，由于合金原子對(duì)晶格常數(shù)改變不大，因此，金屬的合金化對(duì)彈性模量E的改變不大，在只要求增加抗變形剛度的場(chǎng)合，沒有必要選擇合金鋼，這就是為何在結(jié)構(gòu)材料中只用碳鋼即可以滿足要求；熱處理對(duì)于彈性模量E的影響也不大。晶粒大小對(duì)于彈性模量E無影響；第二相大小和分布對(duì)于彈性模量E的影響也很小；淬火彈性模量E略升，但回火后又會(huì)恢復(fù)退火狀態(tài)；鑄鐵例外，彈性模量E與其中的石墨形狀有直接關(guān)系；影響彈性模量的因素冷加工塑性變形后E值略降（4%—6%），大變形所產(chǎn)生的變形織構(gòu)將引起彈性模量E的各向異性，沿變形方向E值最大；溫度升高使得原子間距增加，E值下降；碳鋼溫度每升高100℃，E值下降3%—5%，但是在-50—50℃范圍內(nèi)變化不大。三、比例極限與彈性極限比例極限（ProportionalLimit）彈性極限（ElasticLimit）滯（擬）彈性（AnelasticityorElasticAftereffect）四、彈性不完整性1、滯彈性（AnelasticityorElasticAftereffect）：

純彈性體（完全彈性體）、實(shí)際彈性體、理想彈性后效、實(shí)際彈性后效；下圖有助于我們理解教材中的圖1-5由于存在滯彈性，加載曲線與卸載曲線不重合，在加載速率很快的情況下，形成下述滯后環(huán)；滯后環(huán)的大小衡量材料在交變載荷（振動(dòng)）工況下吸收振動(dòng)的能力；這種能力也稱為循環(huán)韌性或材料的內(nèi)耗散；循環(huán)韌性又稱為消振性，循環(huán)韌性不好測(cè)量，常用振動(dòng)振幅衰減的自然對(duì)數(shù)來表示循環(huán)韌性的大小。表1-3常見金屬材料的循環(huán)韌性；舉例：①現(xiàn)代高速鐵路和城市軌道交通中：減震降噪材料；②機(jī)床底座采用灰鑄鐵等；③樂器要求循環(huán)韌性小。五、包伸格效應(yīng)

（Bauschingereffect）定義：金屬材料沿某一方向拉伸塑性變形以后，卸載后沿反方向壓縮時(shí)，壓縮的屈服應(yīng)力小于拉伸變形時(shí)的屈服應(yīng)力，這種現(xiàn)象我們稱為包伸格效應(yīng)。包伸格應(yīng)變：在給定應(yīng)力的條件下，正向加載與反向加載兩應(yīng)力-應(yīng)變曲線之間的應(yīng)變差。低碳鋼包伸格效應(yīng)的

應(yīng)力-應(yīng)變曲線和包伸格應(yīng)變

包伸格效應(yīng)產(chǎn)生原因：金屬材料沿某一方向拉伸塑性變形以后位錯(cuò)對(duì)不同方向滑移運(yùn)動(dòng)的阻力不同所致。包伸格現(xiàn)象產(chǎn)生條件：在少量塑性變形時(shí)表現(xiàn)出來，經(jīng)歷大塑性變形后，由于位錯(cuò)增值和難于重新分布，不產(chǎn)生包伸格效應(yīng)。包伸格效應(yīng)對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響：1）對(duì)于低周疲勞，包伸格應(yīng)變小，循環(huán)加載時(shí)滯后環(huán)面積大，材料吸收不可逆能量多，易造成內(nèi)部損傷積累，使疲勞強(qiáng)度下降，反之上升；2）對(duì)于高周疲勞，情況同上述相反；3）預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形，可不產(chǎn)生包申格效應(yīng)。消除包伸格效應(yīng)的方法：大塑性形、再結(jié)晶回火。六、彈性比功

（Specificelasticenergy）1、彈性變形功彈性變形比功2、彈性變形能彈性變形比能

（最大）彈性變形比功PPp外力由0緩慢增加到最終值P，外力作用點(diǎn)的位置