材料的拉伸性能

常用的拉伸试件:为了比较不同尺寸试样所测得的延 性 , 要求试样的几何相似， l0 ／ A01/2 要为一常数．其
中A0为试件的初始横截面积。
光滑圆柱试件:试件的标距长度l0比直径d0要大得多； 通常，l0=5d0或l0=10d0 板状试件 : 试件的标距长度 l0 应满足下列关系式： l0=5.65A01/2或11.3A0 1/2 ； 具体标准：GB 6397－86
绘制试件所受的载荷P和伸长量Δl之间的关系曲 线;
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2.0
b
1.5
Pe
Pp
Ps Pm
Pb
Load / KN
1.0
0.5
0.0 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Distance/ mm
图1-2 低碳钢的拉伸图 进入网络实验室
true strain-stress line
2.0
1.5
Stress / MPa


L dL
0
L
ln
L 1 ln(1 e) ln( ) Lo 1
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在弹 - 塑性变形阶段，只有真应力 - 真
应变曲线才能描述材料的力学形为。
绝大多数金属材料在室温下屈服后，
要使塑性变形继续进行，必须不断增 大应力，所以在真应力-真应变曲线上 表现为流变应力不断上升。这种现象 称为形变强化。
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真应力—真应变的定义：
P P Ao 真应力：S A Ao A 1
真应变： 设L0=100，L=110，则
110 100 e 100% 10% 100
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若设L0=100，L0＝101，L0＝102，…… L10=110，
则e1=1%, e2=0.99%, e3=0.98%, …… e10=0.917% e1+ e2+ e3＋ …… ＋e10 < 10%
E e
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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σ0.2 s = σ0.2 = P0.2 / A0
第一章 材料的拉伸性能
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1.1 前言 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。
LK L0 100% L0
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断面收缩率ψ： 断面收缩率ψ是评定材料塑性的主要指标。
AK A0 100% A0
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1．5 脆性材料的拉伸力学行为
脆性材料在拉伸载荷下的力学行为可用虎 克定律来描述。在弹性变形阶段，应力与应变 成正比，即
=E· e
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Hollomon方程：
金属材料的真应力-真应变曲线可用 不同的方程表示，但常用的是下列方程
S = K· εpn

上式也称为Hollomon方程。式中εp为 真应变的塑性分量，n为应变硬化指数， K为强度系数，即εp=1时的其应力值。
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断裂强度：
拉伸断裂时的真应力称为断裂强度，记为σf 。 试验时测出断裂点的截荷Pf，试件的最小截面积Af， 则断裂时的平均真应力，即平均断裂强度值，σf 表示如下 σf = Pf / Af 通常在拉伸试验中，不测定断裂强度。在这 种情况下，可以根据下列经验公式估算断裂强度 σf =σb（1+Ψk）
Pm 1.0
Pb
0.5
0.0 0.0
0.5
1ห้องสมุดไป่ตู้0
1.5
2.0
Strain
图1-2 低碳钢的工程应力一工程应变曲线
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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
拉伸曲线----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，σ=P／A0

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1．6 塑性材料的拉伸力学行为
当塑性材料所受的应力低于弹性极限， 其力学行为可近似地用虎克定律加以表述。 当材料所受的应力高于弹性极限，虎克定律 不再适用。此时，材料的变形既有弹性变形 又有塑性变形，进入弹塑性变形阶段，其力 学行为需要用弹-塑性变形阶段的数学表达 式，或称本构方程加以表述。
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抗拉强度b：
定义为试件断裂前所能承受的最大工程应力，以前 称为强度极限。取拉伸图上的最大载荷，即对应于b点的 载荷除以试件的原始截面积，即得抗拉强度之值，记为 σb
σb = Pmax／A0 延伸率：
材料的塑性常用延伸率表示。测定方法如下：拉伸 试验前测定试件的标距L0，拉伸断裂后测得标距为Lk， 然而按下式算出延伸率
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2.拉伸实验中注意的问题
a. 拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。
d / dt 1 ~ 10 MPa / s
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。
b. 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记录或
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断裂延性：拉伸断裂时的真应变称为断
裂延性(Fracture Ductility)，记为 εf ，或称 断裂真应变。 断裂延性之值不能由实验直接测定， 但可下式求得
εf = – ln(1 –Ψ)
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本章完
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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。
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2、典型的拉伸曲线
s= 0.2
s
e
e
e
b
e
e 进入网络实验室
e
E /e
1．4 拉伸性能 弹性模量E: 单纯弹性变形过程中应力与应变 的比值。
无机玻璃、陶瓷以及一些处于低温下的 脆性金属材料，在拉伸断裂前只发生弹性变形， 而不发生塑性变形，其拉伸曲线如图1-3(a)所示。
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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 er 之 负 比 值 表 示 为 υ ， 即 υ=-er/el ， υ 称为波桑比 (Poisson’s 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。
工程应变 ―― 伸长量除以原始标距长度即
得工程应变ε，ε=Δl／l0
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1．3 典型的拉伸曲线
1、材料分类：
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会发生不 可逆塑性变形。
（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）
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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
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1.2 拉伸试验 1. 拉伸 试件的形状和尺寸