低碳钢的屈服点
低碳钢应力应变曲线四个阶段
低碳钢应力应变曲线四个阶段低碳钢应力应变曲线通常可以分为四个主要阶段：弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段和断裂阶段。
下面将对每个阶段进行详细讨论。
1.弹性阶段：弹性阶段是低碳钢应力应变曲线的初始阶段。
在该阶段，钢材受到外部应力作用时，会发生弹性变形，即钢材会在应力的作用下产生应变，但是当外部应力消失时，钢材能够恢复原来的形状和尺寸。
弹性阶段的特点是应力与应变成正比关系，并且应力-应变曲线是一条直线，即呈线性关系。
2.屈服阶段：屈服阶段是低碳钢应力应变曲线的第二个阶段。
在该阶段，随着外部应力的增加，钢材会出现塑性变形。
在某一特定应力水平下，钢材的应变会急剧增加，此时称为屈服点。
屈服点是低碳钢材发生塑性变形的临界点，一旦超过该点，钢材会继续发生塑性变形，而不会恢复原状。
3.塑性阶段：塑性阶段是低碳钢应力应变曲线的第三个阶段。
在该阶段，钢材发生了持续的塑性变形，应变随着应力的增加而增加，但是应变速率逐渐变缓。
这是因为材料的内部结构开始发生变化，晶体滑移和晶界滑移等塑性形变机制开始发挥作用。
在塑性阶段，钢材会发生塑性壁变和缩颈等现象，导致材料断面的减小。
4.断裂阶段：断裂阶段是低碳钢应力应变曲线的最后一个阶段。
在该阶段，钢材受到的应力超过其承受能力，导致断裂发生。
这一阶段的特点是应变速率急剧增加，应力随着应变的增加而迅速下降。
断裂阶段可以分为两个子阶段：颈缩阶段和断裂阶段。
在颈缩阶段，钢材会出现局部收缩，断面减小；在断裂阶段，钢材会发生完全断裂。
综上所述，低碳钢的应力应变曲线可以分为四个主要阶段。
在弹性阶段，钢材可以恢复原状；在屈服阶段，钢材发生了塑性变形；在塑性阶段，钢材继续发生塑性变形，而应变速率逐渐变缓；最后，在断裂阶段，钢材承受的应力超过其承受能力，导致断裂发生。
这些阶段的理解对于材料的力学性能和工程应用具有重要意义。
低碳钢拉伸
实验二 低碳钢的拉伸试验一、实验目的 1） 测定低碳钢的屈服强度s σ，抗拉强度b σ。
断后伸长率δ和断面收缩率ψ 2）观察低碳钢在拉伸过程中所出现的屈服、强化和缩颈现象，分析力与变形之间的关系，并绘制拉伸图。
3）学习、掌握万能试验机的使用方法及其工作原理。
二、实验设备（1） 试件：按《国标GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法》中的规定准备20#钢的圆形长比例拉伸试件，如图2－1所示。
图2-1 圆形拉伸试件图中L 0为标距长度，用于测量拉伸变形，单位为mm 。
（2）万能试验机：采用夹板式夹头，如图2-2。
夹头有螺纹，形状如2-3所示。
试件被夹持部分相应也有螺纹。
试验时，利用试验机的自动绘图器绘制低碳钢的拉伸图。
图2-2 夹板式夹头图 2-3用于圆形截面试件的夹头（3）游标卡尺。
三、实验原理（1）低碳钢拉伸的实验原理：低碳钢的拉伸图全面而具体的反映了整个变形过程。
观察自动绘图机绘出的拉伸图应如图2-4所示。
在试验之初，绘出的拉伸图是一段曲线，如图中虚线所示，这是因为试件开图2-4 低碳钢拉伸图始变形之前机器的机件之间和试件与夹具之间留有空隙，所以当试验刚刚开始时，在拉伸图上首先产生虚线所示的线段，继而逐步夹紧，最后只留下试件的变形。
为了消除在拉伸图起点处发生的曲线段。
须将图形的直线段延长至横坐标所得相交点O，即为拉伸图之原点。
随着载荷的增加，图形沿倾斜的直线上升，到达A点及B 点。
过B点后，低碳钢进入屈服阶段（锯齿形的BC段），B点为上屈服点，即屈服阶段中力首次下降前的最大载荷，用Psu来表示。
对有明显屈服现象的金属材料，一般只需测试下屈服点，即应测定屈服阶段中不计初始瞬时效应时的最小载荷，用Psl 来表示。
下屈服点的测定，并不是一件容易的事。
因为在屈服阶段中，当指针无规则上、下波动时，要准确捕捉屈服载荷的读数确实有一定的难度。
对试件连续加载直至拉断，由测力度盘或拉伸图上读出最大载荷Pb。
实验3-金属材料的压缩实验
实验三 金属材料的压缩实验一、实验目的1．测定低碳钢（Q235 钢）的压缩屈服点sc σ和铸铁的抗压强度bc σ。
2．观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。
二、设备和仪器1．WES-600S 型电液式万能试验机。
2．游标卡尺。
三、试样采用1525ϕ⨯（名义尺寸）的圆柱形试样。
四、实验原理低碳钢（Q235 钢）试样压缩图如图3-1b 所示。
试样开始变形时，服从胡克定律，呈直线上升，此后变形增长很快，材料屈服。
此时载荷暂时保持恒定或稍有减小，这暂时的恒定值或减小的最小值即为压缩屈服载荷F SC 。
有时屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后的最低载荷为压缩屈服载荷F SC 。
尔后图形呈曲线上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相应增大，增大了的截面又能承受更大的载荷。
试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图3-1a 所示）而不破裂，因此测不出抗压强度。
铸铁试样压缩图如图3-2a 所示。
载荷达最大值F bc 后稍有下降，然后破裂，能听到沉闷的破裂声。
铸铁试样破裂后呈鼓形，破裂面与轴线大约成45o，这主要是由切应力造成的。
图3-1 低碳钢试样压缩图 图3-2 铸铁试样压缩图五、实验步骤1．测量试样尺寸用游标卡尺在试样高度重点处两个相互垂直的方向上测量直径，取其平均值，记录数据。
2．开机打开试验机及计算机系统电源。
3．实验参数设置按实验要术，通过试验机操作软件设量试样尺寸等实验参数。
4．测试通过试验机操作软件控制横梁移动对试样进行加载，开始实验。
实验过程中注意曲线及数字显示窗口的变化。
实验结束后，应及时记求并保存实验数据。
5．实验数据分析及输出根据实验要求，对实验数据进行分析，通过打印机输出实验结果及曲线。
6．断后试样观察及测量取下试样，注意观察试样的断口。
根据实验要求测量试样的延伸率及断面收缩率 7．关机关闭试验机和计算机系统电源。
清理实验现场．将相关仪器还原。
六、实验结果处理1. 参考表3-1记录实验原始数据。
金属材料屈服强度知识
是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，也就是抵抗微量塑性变形的应力。
对于无明显屈服现象出现的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值作为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。
大于屈服强度的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。
如低碳钢的屈服极限为207M P a，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。
（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的原始标距）时的应力。
通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。
因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩，应变增大，使材料破坏，不能正常使用。
当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。
当应力达到b点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。
这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。
由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(R e L或Rp0.2)。
有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2%)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度。
首先解释一下材料受力变形。
材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）。
建筑钢材以屈服强度作为设计应力的依据。
屈服极限，常用符号σs，是材料屈服的临界应力值。
（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为材料发生0.2%延伸率）时的应力。
通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。
因为在应力超过材料屈服极限后产生塑性变形，应变增大，使材料失效，不能正常使用。
材料力学实验报告-举例
实验一拉伸实验一、实验目的1．测定低碳钢(Q235)的屈服点σ，强度极限bσ，延伸率δ，断面收缩率ψ。
s2．测定铸铁的强度极限σ。
b3．观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉伸曲线。
4．熟悉试验机和其它有关仪器的使用。
二、实验设备1．液压式万能实验机；2．游标卡尺；3．试样刻线机。
三、万能试验机简介具有拉伸、压缩、弯曲及其剪切等各种静力实验功能的试验机称为万能材料试验机，万能材料试验机一般都由两个基本部分组成；1）加载部分，利用一定的动力和传动装置强迫试件发生变形，从而使试件受到力的作用，即对试件加载。
2）测控部分，指示试件所受载荷大小及变形情况。
四、试验方法1．低碳钢拉伸实验（1）用画线器在低碳钢试件上画标距及10等分刻线，量试件直径，低碳钢试件标距。
（2）调整试验机，使下夹头处于适当的位置，把试件夹好。
（3）运行试验程序，加载，实时显示外力和变形的关系曲线。
观察屈服现象。
（4）打印外力和变形的关系曲线，记录屈服载荷F s=22.5kN，最大载荷F b =35kN。
（5）取下试件，观察试件断口: 凸凹状，即韧性杯状断口。
测量拉断后的标距长L1，颈缩处最小直径d1 Array低碳钢的拉伸图如图所示2．铸铁的拉伸其方法步骤完全与低碳钢相同。
因为材料是脆性材料，观察不到屈服现象。
在很小的变形下试件就突然断裂（图1-5），只需记录下最大载荷F b =10.8kN 即可。
b σ的计算与低碳钢的计算方法相同。
六、试验结果及数据处理表1-2 试验前试样尺寸表1-3 试验后试样尺寸和形状根据试验记录，计算应力值。
低碳钢屈服极限 MPa 48.28654.78105.223=⨯==A F s s σ低碳钢强度极限 MPa 63.44554.7810353=⨯==A F b b σ低碳钢断面收缩率 %6454.7827.2854.78%100010=-=⨯-=A A A ψ低碳钢延伸率 %25100100125%10001=-=⨯-=L L L δ铸铁强度极限 MPa 53.13754.78108.103=⨯==A F b b σ七、思考题1．根据实验画出低碳钢和铸铁的拉伸曲线。
低碳钢和铸铁的压缩试验
（a ） （b ）图2-1FF sc△L（a ） （b ）图2-2F F bc△L§2 低碳钢和铸铁的压缩试验一、试验目的1．测定低碳钢的压缩屈服点和铸铁的抗压强度。
2．观察并分析两种材料在压缩过程中的各种现象。
二、设备和仪器1．电子万能试验机 2．游标卡尺三、试样低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一般制成圆柱形，其公差、表面粗糙度、两端面的平行度和对试样轴线的垂直度在国标GB7314-87中有明确规定。
目前常用的压缩试验方法是两端平压法。
由于试样两端面不可能理想地平行，试验时必须使用球形承垫（见图2-1a ），试样应置于球形承垫中心，藉球形承垫自动调节实现轴向受载。
由于试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。
当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值h o ／d o 有关，同时考虑稳定性因素，为此国家标准对试样高度h o 与直径d o 之比规定在1～3的范围内。
本次实验采用10×15的圆柱形试样。
四、试验原理试验时缓慢加载，试验机自动绘出压缩图（即F-Δl 曲线）。
低碳钢试样压缩图如图2-1b 所示。
试样开始变形时，服从虎克定律，呈直线上升，此后变形增长很快，材料屈服。
此时载荷暂时保持恒定或稍有减小，这暂时的恒定值或减小的最小值即为压缩屈服载荷F SC 。
有时屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后的最低载荷为压缩屈服载荷F SC 。
以后图形呈曲线上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相应增大，增大了的截面又能承受更大的载荷。
试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图2-1a 所示），而不破裂，所以测不出抗压强度。
铸铁试样压缩图如图2-2a 所示。
载荷达最大值F bc 后稍有下降，然后破裂，能听到沉闷的破裂声。
SC σbc σφ铸铁试样破裂后呈鼓形，并在与轴线大约成45°的面上破断，这主要是由切应力造成的。
材料力学实验报告
（2）
平均
125
6
6
6
试样断裂后简图
低碳钢
铸 铁
凸凹状，即韧性杯状断口
沿横截面,断面粗糙
根据试验记录，计算应力值。
低碳钢屈服极限
低碳钢强度极限
低碳钢断面收缩率
低碳钢延伸率
铸铁强度极限
七、思考题
1．根据实验画出低碳钢和铸铁的拉伸曲线。略
2．根据实验时发生的现象和实验结果比较低碳钢和铸铁的机械性能有什么不同?
答：低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时会发生屈服，会产生很大的塑性变形，断裂前有明显的颈缩现象，拉断后断口呈凸凹状，而铸铁拉伸时没有屈服现象，变形也不明显，拉断后断口基本沿横截面，较粗糙。
3．低碳钢试样在最大载荷D点不断裂，在载荷下降至E点时反而断裂，为什么？
答：低碳钢在载荷下降至E点时反而断裂，是因为此时实际受载截面已经大大减小，实际应力达到材料所能承受的极限，在最大载荷D点实际应力比E点时小。
（1）用画线器在低碳钢试件上画标距及10等分刻线，量试件直径，低碳钢试件标距。
（2）调整试验机，使下夹头处于适当的位置，把试件夹好。
（3）运行试验程序，加载，实时显示外力和变形的关系曲线。观察屈服现象。。
（4）打印外力和变形的关系曲线，记录屈服载荷Fs=，最大载荷Fb=35kN。
（5）取下试件，观察试件断口: 凸凹状，即韧性杯状断口。测量拉断后的标距长L1，颈缩处最小直径d1。并将测量结果填入表1-3。
实验一 拉伸实验
一、实验目的
1．测定低碳钢(Q235)的屈服点 ，强度极限 ，延伸率 ，断面收缩率 。
2．测定铸铁的强度极限 。
3．观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉伸曲线。
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能低碳钢具有良好的塑性，由R-ε曲线（图1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段：弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。
在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。
习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即比例系数E代表直线（OA) 的斜率，称作材料的弹性模量。
屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。
这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。
这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。
通常把下屈服点（Bˊ)作为材料屈服极限ReL。
ReL是材料开始进入塑性的标志。
结构、零件的应力一旦超过ReL，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。
因此强度设计时常以屈服极限ReL作为确定许可应力的基础。
从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。
如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。
强化阶段（CD)：屈服阶段结束后，R-ε曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗能力，载荷就必须不断增长。
如果在这一阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留下来。
强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。
卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶段平行，但重新加载后，材料的弹性阶段加长、屈服强度明显提高，而塑性却相应下降。
这种现象称作为形变强化或冷作硬化。
冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。
塑性变形和形变强化二者联合，是强化金属材料的重要手段。
例如喷丸，挤压，冷拨等工艺，就是利用材料的冷作硬化来提高材料强度的。
强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。
随塑性变形的增长，试样表面的滑移线亦愈趋明显。
D点是R-ε曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度记作Rm。
对低碳钢来说Rm是材料均匀塑性变形的最大抗力，是材料进入颈缩阶段的标志。
颈缩阶段（DE)：应力达到强度极限后，塑性变形开始在局部进行。