轴向拉伸与压缩2(材料的力学性能)

1、第二章 轴向拉伸与压缩,第二章 轴向拉伸与压缩,2-4 材料拉伸时的力学性能, 2-5 材料压缩时的力学性能,2-6 温度和时间对材料力学性 能的影响,* 试验条件及试验仪器,常温(20)；静载（缓慢加载）；标准试件。,外力作用下材料在强度（应力）与变形方面所表现出来的种种特性。,基本试验，常温 、静载下的试验,24 材料拉伸时的力学性能,* 材料的力学性能：,* 性能的测试：,I) 试验条件：,长试件：l=10d,短试件：l=5d,II、试验仪器：,万能材料试验机；,变形仪（常用引伸仪）。,一、低碳钢试件的拉伸图(P-L图)(试验全过程）,1）低碳钢试件的拉伸图(P-L图),2）低碳钢试件的

2、s e 图,低碳钢试件的应力-应变曲线(- 图),（1）、弹性阶段 (oa段),1）oa-比例段:,一般情况下，sp 与se相差很小，可视为一个极限，用 sp表示，材料使用时一般要求构件的应力不能超过sp。,2）aa-曲线段:,p-比例极限,e-弹性极限,（2）屈服(流动）阶段(ab段),1）ab-屈服阶段:,3）滑移线：45o,2）在屈服阶段，材料有明显的塑 性变形,变形量很大， 载荷波动,s-屈服极限（对应c点的应力）,外力P不增加的情况下，材料的变形在不断增大，材料暂时失去了对载荷的抵抗能力，称为屈服。,4）塑性材料的使用极限：ss,b-上屈服极限,c-下屈服极限,1）-强度极限（断裂极

3、限）,（3）强化阶段(d段),变形量很大，载荷增加,2）弹性应变、塑性应变, bd-过了屈服阶段后，随着外力P不断增加，材料的变形在不断增大，即材料又恢复了对载荷的抵抗能力，但此时，材料已有了明显的不可恢复的变形（塑性变形）-材料被强化了-强化阶段, d点后材料即将发生断裂，其所对应的应力为材料的断裂极限,（4）颈缩（断裂）阶段(de段),e,1）延伸率:,）截面收缩率：,3）脆性、塑性指标,塑性材料： 5% 明显的变形,脆性材料：5% 几乎看不到变形,（5）弹塑性指标,（6）卸载定律及冷作硬化,f,h,1）卸载定律：,在强化阶段的某一点f，卸去载荷，则表现为：,（A）线性规律,（B）不可恢复

4、的变形（在h点）,2）冷作硬化：,卸载后在h点，若再次加载，则se关系是hg d e，hg成为新的弹性阶段，g点对应的应力成为新的比例极限，材料的强度提高了,但变脆了。-冷作硬化,g,二、无明显屈服现象的塑性材料,0.2%,名义屈服应力:,三、铸铁拉伸时的机械性能,-铸铁拉伸强度极限（失效应力）,0.2 即此类材料的失效应力。,拉伸,压缩,25 材料压缩时的机械性能,一、试件：,二、试验过程,短试件 h/d在13之间，太长有失去稳定性的可能,常温(20)；静载（缓慢加载）；标准试件。,1、塑性材料,如低碳钢，铝及铝合金等，如右图,1）弹性阶段、屈服阶段与拉伸时一样（基本重合）,2）无强度极限,

5、塑性材料拉压性能基本一致，抗拉与抗压能力基本一样，测试材料性能时一般只测其拉伸性能。,2、脆性材料,如铸铁、玻璃等 ，压缩图如右图,E 、p 、S一样,铸铁的压缩图,铸铁压缩约50度破坏面,1）破坏时b远大于拉伸时,压缩时的b拉伸时的 b 一般为4-5倍,2）试件在较小的变形下突然破坏,断面与轴线约成4555倾角,3） b在600MPa左右,脆性材料的抗压能力远大于抗拉能力，因而一般在承受压力时使用脆性材料。,材料失效时未产生明显的塑性变形而突然断裂。脆性材料 如铸铁等以脆断为失效标志。,（1）塑性屈服,指材料失效时产生明显的塑性变形，并伴有屈服现象。塑性材料如低碳钢等以塑性屈服为标志。,（2

6、）脆性断裂,三、讨论：,1、材料的两种失效形式,塑性材料：,脆性材料：,2）强度,塑性材料-抗拉、抗压能力差不多,3、几种常用材料的主要力学性能 （ 书P27）,脆性材料-抗压能力 远大于抗拉能力,5% 明显的变形,5% 几乎看不到变形,2、塑性材料与脆性材料的比较,1）变形（）不同,1）优质钢材料的强度高；,2）所有钢材E相差不大，约为200GPa。,四、极限应力、安全系数、许用应力,1）塑性破坏的极限应力,2）脆性破坏的极限应力,3、安全系数：,杆件发生失效时的应力称之-由实验测得,1、极限应力：,构件工作时所许可的最大应力 。- 由实验测出极限应力，打一折扣，除以一 个大于一的数值所得到

7、的应力。,2、许用应力 ：,-塑性材料,-脆性材料,一个大于的常数-ns , nb,*26 温度和时间对材料力学性能的影响,一、温度对材料力学性能的 影响（以低碳钢为例）,1、温度升高,E、S下降,2、在2500C3000C之前，温 度升高, 、 降低，而 b增加,3、在2500C3000C之后，温 度升高, 、 增加，而 b下降,温度对铬锰合金力学性能的影响,温度降低，塑性降低，强度极限提高,二、温度和时间的影响蠕变与应力松弛,1、蠕变：,哇！载荷没增加，杆自己在长长！,构件上的载荷不变，构件在一定的温度下，随时间而 缓慢发生塑性变形，直至破坏。这种现象称为蠕变。,构件的工作段不能超过稳定阶段！,温度越高，蠕变越快,应力不变，T1T2T3T4,温度不变，s1s2s3s4,应力越高，蠕变越快,高温下工作的零件，构件上的总变形不变时，弹性变形会随时间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小。这种现象称为应力松弛。,哇！这次是杆