拉伸或紧缩时资料的力学功能

一、概述
　分析构件的强度时，除核算应力外，还应了解资料的力学性质（Mechanicaiproperty），资料的力学性质也称为机械性质，是指资料在外力作用下表现出的变形、损坏等方面的特性。它要由试验来测定。在室温下，以缓慢平稳的办法进行试验，称为常温静载试验，是测定资料力学性质的根本试验。为了便于对比不一样资料的试验成果，对试件的形状、加工精度、加载速度、试验环境等，国家规范规则了相应变形方式下的试验规范。本章只研讨资料的微观力学性质，不触及资料成分及安排构造对资料力学性质的影响，而且因为工程中常用的资料种类许多，主要以低碳钢和铸铁为代表，介绍资料拉伸、紧缩以及纯剪切时的力学性质。
二、低碳钢拉伸时的力学性质
　　低碳钢是工程中运用较广泛的金属资料，一起它在常温静载条件下表现出来的力学性质也代表性。低碳钢的拉伸试验按《金属拉伸试验办法》（GB/T228-2002）国家规范在全能资料试验机上进行。规范试件（Standard specimen）有圆形和矩形两种类型，如图3-1所示。试件上符号A、B两点之间的间隔称为标距，记作l0。圆形试件标距l0与直径d0有两种份额，即l0=10d0和l0=5d0。矩形试件也有两种规范，即。其间A0为矩形试件的截面面积。试件装在试验机上，对试件缓慢加拉力FP，对应着每一个拉力FP，试件标距l0有一个伸长量Δlo表明FP和Δl的联系曲线，称为拉伸图或FP-Δl曲线。如图3-2a，因为FP-Δl曲线与试件的尺度有关，为了消除试件尺度的影响，把拉力FP除以试件横截面的初始面积A0，得出正应力为纵坐标；把伸长量Δl除以标距的初始长度l0，得出应变为横坐标，做图表明σ与ε的联系（图3-2b）称为应力--应变图或σ-ε曲线（Stress-strain curve）。
三、低碳钢的拉伸力学性质
1、弹性期间
　　由斜直线Oa和很短的微曲折线ab构成。斜直线Oa表明应力和应变成正比联系，即σε，直线的斜率即为资料的弹性模量E，写成等式σ=Eε，即是拉伸或紧缩的虎克规则。与a点对应的应力σp为称为份额极限（Proportional limit）。显着，只要应力低于份额极限时，应力才与应变成正比，资料才遵守虎克规则。这时，称资料是线弹性的（Linear elasticity）。
　　关于微曲折线段ab，应力和应变之间不再遵守线性联系，但免除拉力后变形仍可彻底不见，这种变形称为弹性变形（Elastic deformation），b点对应的应力σe是资料只呈现弹性变形的极限值，称为弹性极限（Elastic limit）。因为ab期间很短，σe和σp相差很小，一般并不严厉区别。
　　在应力大于弹性极限后，如再免除拉力，则试件发生的变形有一部分不见，这即是上面说到的弹性变形。但还遗留下一部分不能不见的变形，这种变形称为塑性变形或剩余变形（Plastic deformation）。
2、屈从（活动）期间  当应力超越b点添加到c点以后，应变有十分显着的添加，而应力先是下降，然后作细小的动摇，在σ-ε曲线上呈现挨近水平线的小锯齿形线段。这种应力根本坚持不变，而应变明显添加的表象，称为屈从或活动（Yield）。在屈从期间内的应力（c点）和应力（c′点）别离称为上屈从极限和下屈从极限。上屈从的数值与试件形状、加载速度等要素有关，一般是不安稳的。下屈从极限则相对较为安稳，可以反映资料的性质，一般就把下屈从极限称为屈从极限（Yield limit）或屈从点，用σs来表明。
关于粗糙度值很低的外表润滑试件，屈从以后在试件外表上隐约可见与轴线成45o的滑移线。资料屈从表现为明显的塑性变形，而零件的塑性变形将影响机器的正常作业，所以屈从极限σs是衡量资料强度的主要目标。
3、强化期间  
　　过屈从期间后，资料又康复了反抗变形的才能，要使它继续变形有必要添加拉力。这种表象称为资料的强化（Strengthening）。在图3-2b中，强化期间中的点e所对应的应力σb是资料所能接受的应力，称为强度极限（Strength limit）或抗拉强度。它是衡量资料强度的另一主要目标。在强化期间，试件标距长度显着地变长，直径显着地减小。
4、部分变形期间  
　　过e点以后，进入部分变形期间，试件部分呈现明显变细的表象，亦即颈缩（Necking）表象（如图3-3）。因为在颈缩部位横截面面积敏捷减小，使试件继续伸长所需求的拉力也相应削减。在σ-ε图中，用横截面初始面积A算出的应力σ=FP/A随之下降，直到f点，试件被拉断。
5、延伸率和断面缩短率
　　试件拉断后，因为保存了塑性变形，试件加载前的标距长度l0拉断后变为l1。用百分比表明的比值
称为延伸率（Percentage elongation）。试件的塑性变形（l1-l0）越大，δ也就越大。因而，延伸率是衡量资料塑性的目标。低碳钢的延伸率很高，其平均值为20%～30%，这说明低碳钢的塑性功能极好。
    工程上一般按延伸率的巨细把资料分红两大类，δ＞5%的资料称为塑性资料，如碳钢、黄铜、铝合金等；而把δ＜5%的资料称为脆性资料，如铸铁、玻璃、陶瓷等。
　　初始横截面面积为A0的试件，拉断后颈缩处的最小截面面积变为A1，用百分比表明的比值称为断面缩短率。φ也是衡量资料塑性的目标。
6、卸载规则和冷作硬化表象
　　在上述的试验过程中，假如不是继续将试件拉断，而是加载至超越屈从极限后如抵达图3-2b中的d点），然后逐步卸除拉力，应力应变联系将沿着斜直线dd′回到d′点，斜直线dd′近似地平行于Oa。这说明：在卸载过程中，应力和应变按直线规则改变。这即是卸载规则。拉力彻底卸除后，应力一应变图中，d′g表明不见了的弹性变形，而Od′表明保存下来的塑性变形。
卸载后，如在短期内再次加载，则应力和应变又从头沿着卸载直线dd′上升，直到d点后，又沿直线def改变。可见在再次加载时，直到d点曾经资料的变形是弹性的，过d点后才开端呈现塑性变形。对比图3-2b中的Oabcdef和d′def两条曲线，可见在第2次加载时，其份额极限（亦即弹性期间）得到了进步，但塑性变形和延伸率却有所下降。这种表象称为冷作硬化。