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1、2.4材料拉伸或压缩时的力学性能为了便于比较不同材料的试验结果,对试样的形状、加工精度、加载速度、试验环境等,国家标准都有统一规定。标准圆试样1.试样l＝5d和l＝10d在试样上取长为l的一段作为试验段,l称为标距。对圆截面试样,标距l与直径d两种比例,即2.4材料拉伸或压缩时的力学性能标准矩形试样对矩形截面标准试样,则规定其标距l与横截面面积A的比例,也有两种和2.4材料拉伸或压缩时的力学性能在室温下,以缓慢平稳的加载方式进行试验,称为常温静载试验,是测定材料力学性能的基本试验。2.试验条件3.试验仪器液压式万能试验机液压式万能试验机底座活动试台活塞油管2.
2、4材料拉伸或压缩时的力学性能4.试验过程试样装在试验机上,受到缓慢增加的拉力作用。对应着每一个拉力F,试样标距l有一个伸长量Δl。表示F和Δl的关系的曲线,称为拉伸图或F－Δl曲线。试验过程F－Δl曲线与试样的尺寸有关。把拉力F除以试样横截面的原始面积A,得出正应力s;同时,把伸长量Δl除以标距的原始长度l,得到应变e。以s为纵坐标,e为横坐标,作图表示s与e的关系称为应力－应变图或s－e曲线。s与e的关系为直线Oa,应力s与应变e成正比。这就是拉伸或压缩的胡克定律。1)弹性阶段––Oa段E为与材料有关的比例常数,称为弹性模量。E的量纲与s相同,常用单位为GP
3、a(1GPa=109Pa)s/e是直线Oa的斜率。直线部分的最高点a所对应的应力sp称为比例极限。只有应力低于比例极限时,应力才与应变成正比,材料才服从胡克定律。这时,称材料是线弹性的。超过比例极限后,从a点到b点,s与e之间的关系不再是直线,但解除拉力后变形仍可完全消失,这种变形称为弹性变形。b点所对应的应力se是材料只出现弹性变形的极限值,称为弹性极限。a,b两点非常接近,工程上对弹性极限和比例极限并不严格区分,而统称为弹性极限。2)屈服阶段––bc段应力大于弹性极限,解除拉力,试样变形的一部分消失(弹性变形)。留下一部分不能消失的变形,称为塑性变形或残余
4、变形。应力基本保持不变,而应变显著增加的现象称为屈服或流动。在屈服阶段内的最高应力和最低应力分别称为上屈服极限和下屈服极限。应力超过b点增加到某一数值,应变明显增加,应力先是下降,然后作微小的波动,在s-e曲线上出现接近水平线的小锯齿形线段。上屈服极限的数值与试样形状、加载速度等因素有关,一般是不稳定的。下屈服极限则有比较稳定的数值,能够反应材料的性能。通常把下屈服极限称为屈服极限或屈服点,用ss来表示。表面磨光的试样屈服时,表面将出现与轴线大致成45º倾角的条纹。这是由于材料内部相对滑移形成的,称为滑移线。因为拉伸时在与杆轴成45º倾角的斜截面上,切应力为最
5、大值,可见屈服现象的出现与最大切应力有关。过屈服阶段后,材料又恢复了抵抗变形的能力,要使它继续变形必须增加拉力。这种现象称为材料的强化。强化阶段中的最高点e所对应的应力sb是材料所能承受的最大应力,称为强度极限或抗拉强度。3)强化阶段––ce段过e点后,在试样的某一局部范围内,横向尺寸突然急剧缩小,形成缩颈现象。4)局部变形阶段––ef段由于在缩颈部分横截面面积迅速减小,使试样继续伸长所需要的拉力也相应减少。在s-e图中,用横截面原始面积A算出的应力s＝F/A随之下降,降落到f点,试样被拉断。d＞5%--塑性材料d＜5%--脆性材料伸长率(延伸率)断面收缩率5
6、)伸长率和断面收缩率如把试样拉到超过屈服极限的d点,然后逐渐卸除拉力,应力和应变关系将沿着斜直线dd'回到d'点。斜直线dd'近似地平行于Oa。6)卸载定律及冷作硬化在卸载过程中,应力和应变按直线规律变化。这就是卸载定律。拉力完全卸除后,应力—应变图中,d'g表示消失了的弹性变形,而Od'表示不再消失的塑性变形。卸载后,如在短期内再次加载,则应力和应变大致上沿卸载时的斜直线d'd变化。直到d点后,又沿曲线def变化。可见在再次加载时,直到d点以前材料的变形是弹性的,过d点后才开始出现塑性变形。比较图中的Oabcdef和d'def两条曲线,可见在第二次加载时,其
7、比例极限(亦即弹性阶段)得到了提高,但塑性变形和伸长率却有所降低。这种现象称为冷作硬化。冷作硬化现象经退火后又可消除。工程上经常利用冷作硬化来提高材料的弹性阶段。如起重用的钢索和建筑用的钢筋,常用冷拔工艺以提高强度。对某些零件进行喷丸处理,使其表面发生塑性变形,形成冷硬层,以提高零件表面层的强度。但另一方面,零件初加工后,由于冷作硬化使材料变脆变硬,给下一步加工造成困难,且容易产生裂纹,往往就需要在工序之间安排退火,以消除冷作硬化的影响。若试样拉伸至强化阶段后卸载,经过一段时间后再受拉,则其线弹性范围的最大荷载还有所提高,如图中虚线cb'所示。这种现象称为冷作
8、时效。冷作时效不仅与卸载后至加载的时间
