1材料的拉伸性能.ppt

1、第一章材料的拉伸性能,1、拉伸性能: 通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延性、应变硬化和韧度等重要的力学性能指标，它是材料的基本力学性能。 2、拉伸性能的作用、用途： a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之一。 b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、断裂性能。 （研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能时，都要测定材料的拉伸性能）,1.1 前言,3、本章内容 实验条件：光滑试件/室温大气介质/单向单调拉伸载荷 研究内容： 测定不同变形和硬化特性的材料的应力-应变曲线和拉伸性能参数。了解不同材料的性质。,1.1 前言, 拉伸试件,标距长度 l0 =5d0 （d0-

2、原始直径） l0 =10d0,1.2 拉伸试验, 拉伸试件,l0 =5.65,1.2 拉伸试验, 拉伸试验中注意的问题,1.2 拉伸试验,拉伸加载速率较低，俗称静拉伸试验。 严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为有效，由不同的实验室和工作人员测定的拉伸性能数据才可以互相比较。, 拉伸试验装置和过程,1.2 拉伸试验,试验通常在室温、轴向和缓慢加载(10-410-2 /s)条件 下进行，记录或绘制试件所受的载荷P和伸长量l之间的关系曲线。,万能材料试验机,1.2 拉伸试验,低碳钢拉伸图 低碳钢拉伸曲线 （工程应力应变曲线）,拉伸图 拉伸曲线,拉伸图-加载后标距间的长度变化量l 载荷P关系曲线

3、拉伸曲线-工程应力应变曲线(应力应变曲线) 工程应力载荷除以试件的原始截面积即得工程应力，=PA0 工程应变伸长量除以原始标距长度即得工程应变e，e=ll0,1.2 拉伸试验,典型的拉伸曲线,1.2 拉伸试验,碳素结构钢、低合金结构钢,(a) 淬火高碳钢、玻璃、陶瓷等 (b) 有色金属、回火的结构钢、经冷变形的钢等 (c) 高锰钢、铝青铜、锰青铜等 (d) 冷拔钢丝、受过强烈硬化的材料 (e) 纯铜、纯铝等,1.2 拉伸试验,典型的拉伸曲线,按材料在拉伸断裂前是否发生塑性变形，将材料分为脆性材料和塑性材料两大类。 脆性材料：在拉伸断裂前不产生塑性变形, 只发生弹性变形； 塑性材料：在拉伸断裂前

4、会发生不可逆塑性变形。 高塑性材料：在拉伸断裂前不仅产生均匀的伸长，而且发 生颈缩现象，且塑性变形量大。 低塑性材料：在拉伸断裂前只发生均匀伸长，不发生颈 缩，且塑性变形量较小。,1.3 脆性材料的拉伸性能,1.3 脆性材料的拉伸性能,典型材料：玻璃、多种陶瓷、岩石、低温下的金属材 料、淬火状态的高碳钢、普通灰铸铁等。 曲线特征：在拉伸断裂前，只发生弹性变形，不发生塑性变 形，在最高载荷点处断裂。 断口特征：平断口，断口平面与拉力轴线垂直。 描述参数：弹性模量E 虎克（Hook）定律： = Ee （E=tan）,在拉伸时，试件发生轴向伸长，也同时发生横向收缩。将纵向应变el 与横(径)向应变e

5、r之负比值表示为，即=-er/el，称为波松比(Poissons ratio), 它也是材料的弹性常数。 脆性材料在拉伸载荷下的力学性能可用两个力学参数表征：即弹性模量和脆性断裂强度。,1.3 脆性材料的拉伸性能,脆性材料：抗压强度抗拉强度 应用于承受压缩载荷的构件,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,（1）最常见的金属材料应力-应变曲线：,Oa为弹性变形阶段，ab为形变强化阶段，bk为缩颈阶段，在k点发生断裂。 典型材料：调质钢、黄铜和铝合金。,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,（2）具有明显屈服点的应力-应变曲线：,曲线有明显的屈服点aa，屈服点呈屈服平台或呈齿状，相应的应变量在1%3%范围

6、。 典型材料：退火低碳钢和某些有色金属。,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,（3）不出现颈缩的应力-应变曲线：,只有弹性变形oa和均匀塑性变形ak阶段。 典型材料：铝青铜和高锰钢（低塑性材料）,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,（4） 不稳定型材料的应力-应变曲线：,在形变强化过程中出现多次局部失稳，出现齿形特征（孪生变形机制的参与，当孪生应变速率超过试验机夹头运 动速度时，导致局部应力松弛）。 典型材料：低溶质固溶体铝合金、 含杂质铁合金。,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,强度：材料对塑性变形和断裂的抗力。 塑性：材料在断裂前发生的不可逆变形的多少。 韧性：单位体积材料在断裂前所

7、吸收的变形和断裂能。 (韧度),1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,1、弹性模量E 单纯弹性变形过程中应力与应变的比值。,E=/,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,2、屈服强度s,对于拉伸曲线上有明显的屈服平台的材料，塑性变形硬化不连续，屈服平台所对应的应力即为屈服强度，记为s s = Ps / A0 对于拉伸曲线上没有屈服平台的材料，塑性变形硬化过程是连续的，此时将屈服强度定义为产生0.2% 残余伸长时的应力，记为0.2 s= 0.2= P0.2/ A0,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,3、抗拉强度b,抗拉强度表示材料的极限承载能力。 在拉伸应力-应变曲线 上，

8、与最高载荷Pb 对应的应力值b 即为抗拉强度。 b = Pb /A0,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,3、抗拉强度b,对于不形成颈缩的塑性材料： 其拉伸最高载荷就是断裂载荷，抗拉强度就代表断裂抗力。 对于形成颈缩的塑性材料： 其抗拉强度代表产生最大均匀变形的抗力，也表示材料在静拉伸条件下的极限承载能力。,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,3、抗拉强度b,抗拉强度与材料的硬度有一定的关系,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,4、延伸率k,根据原始标距l0 和拉伸断裂后测得的标距lk 计算,对形成颈缩的材料，塑性变形 = 均匀塑性变形 + 集中塑性变形,1.4 塑性材

9、料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,4、延伸率k,为了使同一材料制成的不同尺寸试样，及不 同材料试样间得到相同的k值，要求 对于圆形截面拉伸试样，通常取K=11.3 或 5.65，l0 =10d0 和l0 =5d0 （分别称为10倍和5倍试样）。相应地，延伸率分别用10 和5 表示。,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,拉伸性能,5、断面收缩率k,试样拉断后，断口处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，为断面收缩率： 对形成颈缩的材料，断面收缩率k也由两部分组成：均匀变形阶段的断面收缩率和集中变形阶段的断面收缩率， 但与延伸率不同的是，断面收缩率与试样尺寸无关，只决定于材料性质。,1.4 塑性材

10、料的拉伸曲线及性能,、 静拉伸下衡量材料塑性变形能力的指标 （塑性指标）,颈缩形成的判断 ，材料只有均匀塑性变形不形成颈缩，是低塑性材料。 高锰钢的延伸率为 55%，断面收缩率为35%，不形成颈缩。 ，形成颈缩，与相差越大，颈缩越严重。 12CrNi钢经淬火回火的延伸率为26%，断面收缩率为65%，形成颈缩。,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,塑性指标的意义 * 延伸率和断面收缩率是工程材料的重要性能指标。 * 材料的设计中，不仅要求材料的强度，而且对材料的塑性 也有要求。可避免断裂，保证安全。 * 塑性是制定压力加工和成型工艺的基础（成形能力）。,真应力真应变曲线,真应力：,真应变：,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,（e=ll0）,（=PA0）,不均匀塑性变形阶段的真应力与真应变,1.4 塑性材料的拉伸曲线及性能,断裂强度： 拉伸断裂时的真应力称为断裂强度，记为f 。试验时测出断裂点的截荷Pf，试件的最小截面积Af，则 f = Pf / Af 通常在拉伸试验中，不测定断裂强度。可以根据下列经验公式估算断裂强度 f =b（1+k）,1.4