金属材料应力应变曲线课件

应力应变曲线 应力应变曲线力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所表现出的力学性能表现出的力学性能试件和实验条件试件和实验条件常温、静载常温、静载一、拉伸时的应力一、拉伸时的应力应变曲线应变曲线力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所表现出的力学性能1 1、试件试件L0标点标点标距标距d0（1）材料类型材料类型：低碳钢低碳钢：灰铸铁灰铸铁：2标准试件标准试件：塑性材料的典型代表；塑性材料的典型代表；脆性材料的典型代表脆性材料的典型代表；（2）标准试件标准试件：标距标距：用于测试的等截面部分长度；用于测试的等截面部分长度；尺寸符合国标的试件尺寸符合国标的试件；圆截面试件标距：圆截面试件标距：L0=10d0或或5d01、试件L0标点标距d0（1）材料类型：2标准试件：塑性2、试验机2、试验机金属材料应力应变曲线课件3、低碳钢拉伸曲线3、低碳钢拉伸曲线明显的四个阶段明显的四个阶段1 1、弹性阶段、弹性阶段obob比例极限比例极限弹性极限弹性极限2 2、屈服阶段、屈服阶段bcbc（失去抵（失去抵抗变形的能力）抗变形的能力）屈服极限屈服极限3 3、强化阶段、强化阶段cece（恢复抵抗（恢复抵抗变形的能力）（变形的能力）（均匀塑性变形均匀塑性变形）强度极限（强度极限（对最大均匀塑对最大均匀塑性变形的抗力性变形的抗力）4 4、局部径缩阶段、局部径缩阶段efef明显的四个阶段1、弹性阶段ob比例极限弹性极限2、屈服阶段b (1)(1)弹性性阶段段 比例极限比例极限p p oaoa段是直段是直线，应力与力与应变在此段成正比关系，材在此段成正比关系，材料符合虎克定律，直料符合虎克定律，直线oaoa的斜率的斜率 就是材料的就是材料的弹性模量，直性模量，直线部分最高点所部分最高点所对应的的应力力值记作作pp，称，称为材料的材料的比例极限比例极限。曲。曲线超超过a a点，点，图上上abab段已不再是直段已不再是直线，说明材料已不符合虎克定律。明材料已不符合虎克定律。但在但在abab段内卸段内卸载，变形也随之消失，形也随之消失，说明明abab段也段也发生生弹性性变形，所以形，所以abab段称段称为弹性性阶段。段。b b点所点所对应的的应力力值记作作ee ，称，称为材料的材料的弹性极限性极限。弹性极限与比例极限非常接近，工程性极限与比例极限非常接近，工程实际中通常中通常对二者二者不作不作严格区分，而近似地用比例极限代替格区分，而近似地用比例极限代替弹性极限。性极限。(1)弹性阶段 比例极限p (2)(2)屈服阶段屈服阶段 屈服点屈服点 曲线超过b点后，出现了一段锯齿形曲线，这阶段应应力力没没有有增增加加，而而应应变变依依然然在在增增加加，材料好像失去了抵抗变形的能力，把这种应力不增加而应变显著增加的现象称作屈服，bc段称为屈服阶段。屈服阶段曲线最低点所对应的应力 称为屈屈服服点点(或屈屈服服极极限限)。在屈服阶段卸载，将出现不能消失的塑性变形。工程上一般不允许构件发生塑性变形，并把塑性变形作为塑性材料破坏的标志，所以屈服点 是衡量材料强度的一个重要指标。(2)屈服阶段 屈服点 (3)(3)强化阶段强化阶段 抗拉强度抗拉强度 经过屈服阶段后，曲线从c点又开始逐渐上升，说明要使应变增加，必须增加应力，材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称作强化，ce段称为强化阶段（加加工工硬硬化化）。曲线最高点所对应的应力值记作，称为材料的抗抗拉拉强强度度(或强度极限)，它是衡量材料强度的又一个重要指标。(4)(4)缩颈断裂阶段缩颈断裂阶段 曲线到达e点前，试件的变形是均匀发生的，曲线到达e点，在试件比较薄弱的某一局部(材质不均匀或有缺陷处)，变形显著增加，有效横截面急剧减小，出现了缩颈现象，试件很快被拉断，所以ef段称为缩颈断裂阶段。(3)强化阶段 抗拉强度(4)缩颈断裂阶段4.4.塑性指标塑性指标试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保留下来。工程上用试件拉断后遗留下来的变形表示材料的塑性指标。常用的塑性指标有两个:伸长率伸长率:%断面收缩率断面收缩率:%L1 试件拉断后的标距L 是原标距A1 试件断口处的最小横截面面积A 原横截面面积。、值越大，其塑性越好。一般把 5的材料称为塑性材料塑性材料，如钢材、铜、铝等；把 5的材料称为脆性材料脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等。4.塑性指标伸长率:%断面收缩率:%L1 试件拉断后的标工程应用：冷作硬化工程应用：冷作硬化1 1、弹性范围内卸载、再加载、弹性范围内卸载、再加载2 2、过弹性范围卸载、再加载、过弹性范围卸载、再加载 即材料在卸载过程中即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系，应力和应变是线形关系，这就是这就是卸载定律卸载定律。材料的比例极限增高，材料的比例极限增高，延伸率降低，称之为延伸率降低，称之为冷作硬冷作硬化或加工硬化化或加工硬化。工程应用：冷作硬化1、弹性范围内卸载、再加载2、过弹性范围卸 对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%0.5%。为典型的脆性材料。为典型的脆性材料。btbt拉伸强度极限（约为拉伸强度极限（约为140MPa140MPa）。它是衡）。它是衡量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。5、灰铸铁 对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲常温、静载常温、静载9-59-5二、压缩时的应力应变曲线1、试样及试验条件常温、静载9-5二、压缩时的应力应变曲线1、试样及试验a aO1O2f1(f)a aE=tga aD(s ss下下)(s se)BC(s ss上上)A(s sp)E(s sb)gs s(MPa)200400e e0.10.2OEy=tga a低碳钢拉伸低碳钢拉伸应力应变曲线应力应变曲线低碳钢压缩低碳钢压缩应力应变曲线应力应变曲线2 2、低碳钢压缩实验、低碳钢压缩实验aO1O2f1(f)aE=tgaD(ss下)(se)BC(金属材料的压缩试样，一般制成短圆柱形，柱金属材料的压缩试样，一般制成短圆柱形，柱的高度约为直径的的高度约为直径的1.5 31.5 3倍，试样的上下平面有平倍，试样的上下平面有平行度和光洁度的要求非金属材料，如混凝土、石料行度和光洁度的要求非金属材料，如混凝土、石料等通常制成正方形。等通常制成正方形。低碳钢是塑性材料，压缩时的应力低碳钢是塑性材料，压缩时的应力应变图，应变图，如图示。如图示。在屈服以前，压缩时的曲线和拉伸时的曲在屈服以前，压缩时的曲线和拉伸时的曲线基本重合，屈服以后随着压力的增大，试样线基本重合，屈服以后随着压力的增大，试样被压成被压成“鼓形鼓形”，最后被压成，最后被压成“薄饼薄饼”而不发而不发生断裂，所以低碳钢压缩时无强度极限。生断裂，所以低碳钢压缩时无强度极限。金属材料的压缩试样，一般制成短圆柱形，柱的高度约为直s s bys se eOs s bL灰铸铁的灰铸铁的拉伸曲线拉伸曲线灰铸铁的灰铸铁的压缩曲线压缩曲线a aa a=45o55o剪应力引起断裂剪应力引起断裂3 3、灰铸铁、灰铸铁s byseOs bL灰铸铁的灰铸铁的aa=45o55 曲线没有明显的直线部分，应力较小时，近似认为符合虎克定律。曲线没有屈服阶段，变形很小时沿与轴线大约成45的斜截面发生破裂破坏。曲线最高点的应力值 称为抗压强度。抗压强度。铸铁材料抗压性能远好于抗拉性能，这也是脆性材料共有的属性。因此，工程中常用铸铁等脆性材料作受压构件，而不用作受拉构件。曲线没有明显的直线部分，应力较小时，近似认为符合虎克