金屬材料力學(xué)性能測(cè)試第一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六§4.1概述金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出的諸如強(qiáng)度、塑性、彈性等等力學(xué)特性稱(chēng)為材料的力學(xué)性能，而衡量金屬材料力學(xué)性能的指標(biāo)統(tǒng)稱(chēng)為力學(xué)（機(jī)械）性能指標(biāo)，這些指標(biāo)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的。本章就依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)討論這些指標(biāo)的意義及測(cè)定方法。第二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能拉伸實(shí)驗(yàn)室是測(cè)定材料力學(xué)性能的最常用的一種方法。按國(guó)標(biāo)GB6397—86《金屬材料試驗(yàn)試樣》規(guī)定，拉伸試樣分為比例試樣和定標(biāo)距試樣兩種。一、拉伸試樣第三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六其中為試樣標(biāo)距，為試樣橫截面面積，比例系數(shù)，一般取5.65或11.3，前者稱(chēng)短試樣，后者稱(chēng)長(zhǎng)試樣。1、比例計(jì)算（1）比例計(jì)算的標(biāo)距和橫截面面積之間存在如下比例關(guān)系，即§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六（2）對(duì)于圓截面試樣，短長(zhǎng)比例試樣的標(biāo)距分別取和。工作部分長(zhǎng)度，一般不小于。（3）圓截面試樣的形狀如圖所示，它分為三個(gè)部分?！?.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六定標(biāo)距試樣的原始標(biāo)距與橫截面間無(wú)比例關(guān)系，一般取，。2、定標(biāo)距試樣§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六由于而均為常量，故兩圖形形狀相同。二、拉伸圖及應(yīng)力—應(yīng)變圖下圖為低碳鋼的拉伸圖和應(yīng)力—應(yīng)變圖。§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六三、力學(xué)性能測(cè)試1、具有物理屈服現(xiàn)象的金屬材料，其拉伸曲線的類(lèi)型有如下一些情況：（一）物理屈服性能指標(biāo)§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六無(wú)特殊要求的情況下，一般只測(cè)量屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)。3）下屈服點(diǎn)：2）上屈服點(diǎn)：1）屈服點(diǎn)：2、各項(xiàng)物理屈服性能指標(biāo)定義如下：§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六（二）規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力指標(biāo)（2）逐級(jí)施力法（1）圖解法的兩種測(cè)試方法：定義：試樣標(biāo)距部分的非比例伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的原始百分比時(shí)的應(yīng)力，這種應(yīng)力是在試樣受力的條件下測(cè)定的，它反映材料在拉力作用下抵抗微量塑性變形的抗力。1、規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六2、規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力的測(cè)試方法定義：試樣卸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。這種應(yīng)力是在卸力后測(cè)定的?！?.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3、關(guān)于和的幾點(diǎn)說(shuō)明1）一般可將（或）作為條件比例極限，將（或）作為屈服強(qiáng)度?！?.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六2）對(duì)于同一試樣而言，在規(guī)定伸長(zhǎng)率相同的條件下，和一般并不相同。前者是在試驗(yàn)力作用下測(cè)定的，其非比例伸長(zhǎng)包括滯彈性伸長(zhǎng)和塑性伸長(zhǎng)兩部分，而后者是在卸力之后測(cè)定的，滯彈性伸長(zhǎng)已隨試驗(yàn)力卸除而消失，甚至隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其塑性伸長(zhǎng)由于加力時(shí)的不均勻塑性變形所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的反作用，也消失一部分，在拉伸曲線上為卸力線不平行于加力線的線彈性段，而是朝向原點(diǎn)方向微彎?！?.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能3）若材料的、差別不大，或?qū)y(cè)試法無(wú)要求時(shí)，此時(shí)也就不必區(qū)分和而統(tǒng)一成。第十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六4、規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力（2）引伸計(jì)法（1）圖解法2）測(cè)試方法：1）定義：試樣標(biāo)距部分的總伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。規(guī)定總伸長(zhǎng)與規(guī)定非比例伸長(zhǎng)之間相差彈性比例伸長(zhǎng)?！?.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六（2）一般中、低強(qiáng)度鋼可用等效。（1）規(guī)定總伸長(zhǎng)與規(guī)定非比例伸長(zhǎng)之間相差彈性比例伸長(zhǎng)。3）關(guān)于的幾點(diǎn)說(shuō)明§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六式中：：試樣斷后標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）（三）材料的塑性指標(biāo)及其測(cè)定：試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度。1）定義：試樣拉斷后，其標(biāo)距部分的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比。1、斷后伸長(zhǎng)率§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六2、移位法。1、直測(cè)法。2）的測(cè)定方法§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3）試樣尺寸對(duì)的影響說(shuō)明對(duì)于塑性材料，斷裂前變形集中在縮頸處，距離斷口位置越遠(yuǎn)，變形越小。因此，斷口在標(biāo)距間的位置對(duì)延伸率是有影響的。也就是說(shuō)試樣斷裂后的塑性變形可分為兩部分：1、頸縮出現(xiàn)前的均勻伸長(zhǎng)。2、頸縮出現(xiàn)后的局部伸長(zhǎng)。其中與原始的標(biāo)距長(zhǎng)度有關(guān)；與原始橫截面面積有關(guān)。§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六矩形試樣的短試樣矩形試樣的長(zhǎng)試樣圓試樣的短試樣圓試樣的長(zhǎng)試樣因此為了同材料得到相同的斷后伸長(zhǎng)率必須使常數(shù)，因此有有關(guān)系式：§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第二十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六1)的定義：試樣拉斷后，頸縮處橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積的百分比。2、斷后收縮率2）的測(cè)定為試樣斷裂后，頸縮處最細(xì)部分的橫截面面積。式中：為試樣原始橫截面面積；§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第二十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六1）的定義：指材料拉伸時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變?cè)诰€形比例范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之比。即2）的測(cè)定方法（四）材料的彈性指標(biāo)及其測(cè)定2、擬合法1、作圖法1、彈性模量（又稱(chēng)楊氏模量）§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第二十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六2、弦線模量與切線模量對(duì)于拉伸過(guò)程中無(wú)明顯線彈性變形階段的材料，無(wú)法用彈性直線段的斜率來(lái)確定，這時(shí)一般可采用弦線模量或切線模量，即用材料彈性變形曲線的割線或切線的斜率來(lái)表達(dá)其彈性模量（參見(jiàn)GB8653—88）§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第二十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3、泊松比2、擬合法1、作圖法2）的測(cè)定為軸向應(yīng)變。式中：為橫向應(yīng)變；1）定義：材料在軸向拉伸過(guò)程中，在線彈性變形范圍內(nèi)橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比∶§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第二十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六（五）拉伸時(shí)的斷口分析低碳鋼鑄鐵§4.2金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能第二十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六§4.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料壓縮與拉伸的主要差別在于載荷—變形曲線，塑性及斷裂形式等。圖為金屬材料的壓縮曲線。一、壓縮與拉伸的比較第二十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六曲線1為脆性材料壓縮曲線，斷裂點(diǎn)的應(yīng)力即為抗壓強(qiáng)度極限。脆性材料壓縮斷裂形狀如圖。曲線2為塑性材料的壓縮曲線，可見(jiàn)隨著載荷的加大，壓縮變形加大，但不斷裂，因此得不到其抗壓強(qiáng)度。壓縮破壞形式為§4.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第二十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六二、壓縮試樣用于測(cè)用于測(cè)用于測(cè)壓縮試樣常采用圓柱形或正方形，圖為圓柱形試樣。§4.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第二十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六三、壓縮力學(xué)性能測(cè)試１、定義：規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力為壓縮時(shí)，非比例壓縮變形達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力：（一）規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力§4.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第二十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六２）逐次逼近法：若力—變形曲線無(wú)明顯的彈性直線段，則采用逐次逼近法。（參見(jiàn)國(guó)標(biāo)ＧＢ７３１４—８７）１）作圖法２、測(cè)定方法：§4.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第三十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六（二）規(guī)定總壓縮應(yīng)力的測(cè)定１、定義：試樣壓縮時(shí)，其標(biāo)距的總壓縮變形（彈性和塑性變形之和）達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力，即為規(guī)定總壓縮應(yīng)力?！?.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第三十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六在繪制的力—變形圖上，自原點(diǎn)起，在變形軸上取段，過(guò)點(diǎn)作與力軸平行的線交曲線于點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的力即為所測(cè)定的規(guī)定總壓縮應(yīng)力。作圖法２、測(cè)定方法:§4.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第三十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六作圖法：在力—變形圖上判讀，則２、測(cè)試方法１、定義：試樣壓縮時(shí)，當(dāng)達(dá)到力不再增加而仍然繼續(xù)變形所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為壓縮屈服點(diǎn)。（三）壓縮屈服點(diǎn)的測(cè)定§4.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第三十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六將試樣壓至破壞，從力—變形圖上確定最大實(shí)際壓縮力，或從測(cè)力盤(pán)上讀取最大值，按公式計(jì)算：（四）抗壓強(qiáng)度的測(cè)定２、的測(cè)定１、定義：試樣壓縮至破壞過(guò)程中的最大應(yīng)力即抗壓強(qiáng)度?！?.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第三十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六（五）壓縮彈性模量的測(cè)定１、定義：壓縮時(shí)，應(yīng)力—應(yīng)變呈線性掛稀釋的應(yīng)力與應(yīng)變的比值即為?！?.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第三十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六（２）若無(wú)彈性直線段，在沒(méi)有其他規(guī)定的條件下，采用逐級(jí)逼近法（參見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB7314—87）（１）作圖法２、測(cè)定方法：在力—變形曲線圖上，取彈性直線段上的兩點(diǎn)；按公式計(jì)算：§4.3金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能第三十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六§4.4金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能試樣主要采用圓形截面，推薦直徑為，標(biāo)距分別為、，平行長(zhǎng)度相應(yīng)為、，若為其他尺寸的直徑則。一、扭轉(zhuǎn)試件第三十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3、試樣外表面變形均勻且相等。2、塑性變形沿試樣的徑向由小至大連續(xù)分布；1、試樣的長(zhǎng)度和橫截面直徑保持不變；試樣在開(kāi)始變形直至破壞，有以下特點(diǎn)：二、試驗(yàn)過(guò)程分析§4.4金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能第三十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六1、定義：試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，其標(biāo)距部分外表面上的非比例剪應(yīng)變達(dá)到規(guī)定數(shù)值時(shí)，按彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算的剪應(yīng)力即為規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。例如：一般用分別作為“條件扭轉(zhuǎn)比例極限”和“扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度”。（２）逐級(jí)加載法（１）圖解法２、測(cè)試方法：三、扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測(cè)試（一）規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的測(cè)定§4.4金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能第三十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六（１）屈服點(diǎn)：在扭轉(zhuǎn)曲線上出現(xiàn)屈服平臺(tái)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力扭矩，按彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式計(jì)算的切應(yīng)力。（二）扭轉(zhuǎn)屈服性能指標(biāo)１、定義：§4.4金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能第四十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六§4.4金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能（2）上屈服點(diǎn)：扭轉(zhuǎn)曲線上首次發(fā)生下降的最大扭矩，按彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式計(jì)算剪應(yīng)力。（3）下屈服點(diǎn)：扭轉(zhuǎn)曲線上的屈服階段中最小扭矩，按彈性扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式計(jì)算的剪應(yīng)力。第四十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六2、測(cè)試方法（2）指針?lè)ǎ?）圖解法§4.4金屬材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能第四十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期