材料力学轴向拉伸和压缩第3节 材料在轴向拉压时的力学性能

三、材料在压缩时的力学性质
• 低碳钢的压缩试验 压缩试验所用的金 属试件常做成短圆柱形 试件，其高度是直径的 1.5~3.0 倍。 低碳钢压缩时的应 力应变曲线如图所示。 图中虚线是为了便于比 较而绘出的拉伸的 - 曲线。从图中可以看出，低碳 钢压缩时的弹性模量与拉伸时相同，但由于是塑性材 料，所以试件愈压愈扁，可以产生很大的塑性变形而 不破坏，因而没有抗压强度极限。
屈服阶段：bc段近似水平，既应力几乎不再增加， 而变形却增加很快，表明材料暂时失去了抵抗变形 的能力。这种现象称为屈服现象或流动现象。bc段 最低点对应的应力称为屈服极限，以“s ”表示。
强化阶段：过了屈服阶段，材料又恢复了抵抗变形 的能力，要使试件继续变形必须再增加载荷，这种 现象称为材料的强化，故 - 曲线图中的 ce 段称为 强化阶段，最高点 e 点所对应的应力称为材料的强 度极限，以“b”表示，它是材料所能承受的最大 应力，所以b是衡量材料强度的另一个重要指标。
• 铸铁的压缩试验 铸铁压缩时的 – 曲线如图所示。其线性阶段 不明显，强度极限 b 比拉伸时高 2~4 倍，破坏突然 发生，断口与轴线大致成 45～55 的倾角。 结 论 由于脆性 材料抗压强 度高，宜用 于制作承压 构件。
表2-2 几种常用材料的力学性能
材料名称 或牌号 35钢 45钢 Q235A钢 QT600-2 HT150 屈服极限 s 抗拉强度 b （MPa） （MPa） 216~314 256~353 216~235 412 — 432~530 530~598 373~461 538 伸长率 （%） 15~20 13~16 25~27 2 — 断面收缩率 （%） 28~45 30~40 — — —
0.2
锰钢
硬铝 退火球墨铸铁 45钢
0.2%
• 铸铁的拉伸试验 铸铁是典型的脆性材料， 其拉伸 - 曲线如图所示，图 中无明显的直线部分，但应力 较小时接近于直线，可近似认 为服从胡克定律。工程上有时 以曲线的某一割线斜率作为弹 性模量。铸铁拉伸时无屈服现 象和颈缩现象，断裂是突然发 生的。强度指标b是衡量铸铁 强度的唯一指标。
低碳钢的应力–应变曲线可分成四个阶段：
弹性阶段：由直线段oa 和微弯段ab 组成。oa 段称为 比例阶段或线弹性阶段，在此阶段内，材料服从胡 克定律，即 =E 适用，a点所对应的应力值称为材 料的比例极限，并以“P ”表示。 曲线ab段称为非线弹性阶段，只要应力不超过 b点，材料的变形仍是弹性变形。所以b点对应的应 力称为弹性极限，以“e ”表示。
颈缩阶段：载荷达到最高值后，可以看到在试件的 某一局部范围内的横截面迅速收缩变细，形成颈缩 现象。应力应变曲线图中的ef段称为颈缩阶段。
材料的两个塑性指标
试件拉断后，弹性变形消失，只剩下残余变形， 残余变形标志着材料的塑性。工程中常用延伸率 和 断面收缩率 作为材料的两个塑性指标。分别为
l1 l0 100 % l
A0 A1 100% A0
• 一般把 >5% 的材料称为塑性材料，把 <5%的材 料称为脆性材料。低碳钢的延伸率 =20~30%，是 典型的塑性材料。 • 截面收缩率 也是衡量材料塑性的重要指拉伸时的力学性质 • 锰钢、硬铝、退火球墨铸铁 和 45 钢的应力—应变曲线； • 锰钢、硬铝、退火球墨铸铁 和45钢都是塑性材料，但前 三种材料没有明显的屈服阶 段； • 对于没有明显屈服点的塑性 材料，工程上规定，取试件 产生 0.2% 的塑性应变时， 所对应的应力值作为材料的 名义屈服极限，以 0.2 表示
拉 98~275
压 637
一、低碳钢拉伸时的力学性质
低碳钢的拉伸试验
在做拉伸试验时， 要求将金属材料按国家 标准《金属材料拉伸试 验法》制成标准试件。 一般金属材料采用圆形 截面试件 ( 图a ) 或矩形 截面试件 ( 图b )。 试件的有效工作总 长度称为标距 l0 。
低碳钢的拉伸图（FN-l 曲线 ）
低碳钢的拉伸时的应力–应变曲线图（- 曲线 ）