第01章 单向静拉伸力学性能.ppt

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1、第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能引言§1.1应力-应变曲线§1.2弹性变形§1.3塑性变形§1.4金属的断裂1引言：单向静拉伸试验及其特点1.拉伸实验2.拉伸试验特点（1）最广泛使用的力学性能检测手段;（2）试验的应力状态、加载速率、温度、试样等都有严格规定（方法：GB/T228-2002；试样：GB/T6397-1986）。（3）最基本的力学行为（弹性、塑性、断裂等）；（4）可测力学性能指标：强度（σ）、塑性（δ、ψ、f）等。拉伸试验机介绍:2§1.1应力-应变曲线一、拉伸力—伸长曲线3变形过程中拉伸试样的变化变形

2、前的拉伸试样均匀变形后（包括弹性变形、均匀塑性变形）的拉伸试样发生缩颈后的拉伸试样拉断后的拉伸试样4二、应力-应变曲线1.工程应力-应变曲线（应力σ=F/A，应变ε=△L/L）52.真实应力-应变曲线如果按拉伸时试样的真实断面A和真实长度L，则可得到真实应力-应变曲线：6三、几种常见材料的应力-应变曲线7§1.2弹性变形一、弹性变形及其实质1.弹性变形：当外力去除后，能恢复到原来形状或尺寸的变形。特点：单调、可逆、变形量小(＜0.5~1.0%)2.弹性的物理本质金属的弹性性质是金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。8二、虎克

3、定律(一)简单应力状态的虎克定律1．单向拉伸（1-1）2．剪切和扭转（1-2）3．E、G和的关系（1-3）9(二)广义虎克定律实际上机件的受力状态都比较复杂，应力往往是两向或三向的。在复杂应力状态下，用广义虎克定律描述应力与应变的关系：式中、、——主应力；、、——主应变。主应力中拉为正，压为负；求得的应变正号为伸长，负号为缩短。10三、弹性模量1.弹性模量的物理意义和作用⑴物理意义：表征金属材料对弹性变形的抗力，其值愈大，则在相同应力下产生的弹性变形就愈小。当应变为一个单位时，弹性模量即等于弹性应力，即弹性模量是产生100

4、％弹性变形所需的应力。这个定义对金属而言是没有任何意义的，因为金属材料所能产生的弹性变形量是很小的。⑵用途：工程上亦称为刚度；计算梁或其他构件挠度时必须用之，是重要的力学性能之一。11表1-1几种金属材料在常温下的弹性模量金属材料E/105MPa铁2.17铜1.25铝0.72铁及低碳钢2.0铸铁1.7~1.9低合金钢2.0~2.1奥氏体不锈钢1.9~2.0122.影响弹性模量的因素⑴金属原子的种类和晶体学特性；非过渡族：原子半径↑、E↓；过渡族：原子半径↑、E↑，且E一般都较大。原子密排向的E大。⑵溶质原子及其强化；晶格畸

5、变能增大，E↓；13对于钢铁材料来说，由于合金原子对晶格常数改变不大，因此，金属的合金化对弹性模量E的改变不大，在只要求增加抗变形刚度的场合，没有必要选择合金钢，这就是为何在结构材料中只用碳钢即可以满足要求；热处理对于弹性模量E的影响也不大。晶粒大小对于弹性模量E无影响；第二相大小和分布对于弹性模量E的影响也很小；淬火后弹性模量E略升，但回火后又会恢复退火状态；铸铁例外，弹性模量E与其中的石墨形状有直接关系；冷加工塑性变形后E值略降(4%—6%)，大变形所产生的变形织构将引起弹性模量E的各向异性，沿变形方向E值最大；⑶显微

6、组织(合金化、热处理、冷塑性变形)；14温度升高使得原子间距增加，E值下降；碳钢温度每升高100℃，E值下降3%~5%，但是在-50~50℃范围内变化不大。⑷温度、加载速率等外界因素；一般影响不大。15四、弹性比功（弹性比能、应变比能）物理意义：吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。几何意义：应力-应变曲线上弹性阶段下的面积。式中,——弹性比功；——弹性极限；——最大弹性应变。用途：制造弹簧的材料，要求弹性比功大16五、滞弹性（弹性后效）1.滞弹性及其影响因素纯弹性体的弹性变形只与

7、载荷大小有关，而与加载方向和加载时间无关。但对于实际金属材料，弹性变形不仅是应力的函数，而且还是时间的函数。⑴定义:在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。⑵产生原因：可能与金属中点缺陷的移动有关。⑶影响因素：（a）晶体中的点缺陷；显微组织的不均匀性。（b）切应力越大，影响越大。（c）温度升高，变形量增加。(4)危害：长期承载的传感器，影响精度。172、循环韧性⑴弹性滞后环由于应变滞后于应力，使加载曲线与卸载曲线不重合而形成的闭合曲线，称为弹性滞后环。图1-6滞后环的类型（a）单向加载弹性滞后环（b

8、）交变加载弹性滞后环（c）交变加载塑性滞后环（交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限）18物理意义：加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功。或者说，回线面积为一个循环所消耗的不可逆功。这部分被金属吸收的功，称为内耗。⑵循环韧性金属材料在交变载荷下塑性区内吸收不可逆变形功的能力，叫循环韧性，又称为消振性。循