低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能

1、低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能根據(jù)材料在常溫，靜荷載下拉伸試驗所得的伸長率大小，將材料區(qū)分為 塑性材料和脆性材料。它是由試驗來測定的。工程上常用的材料品種很 多，下面我們以低碳鋼和鑄鐵為主要代表，分析材料拉伸和壓縮時的力 學(xué)性能。1. 低碳鋼拉伸實驗在拉伸實驗中，隨著載荷的逐漸增大，材料呈現(xiàn)出不同的力學(xué)性能：（1）彈性階段在拉伸的初始階段，0 - £曲線為一直線，說明應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即滿 足胡克定理，此階段稱為線形階段。線性段的最高點則稱為材料的比例極限P）,線性段的直線斜率即為材料的彈性摸量 E。線性階段后，0- £曲線不為直線，應(yīng)力應(yīng)變不再成正比，但若在整個彈性

2、階段卸載，應(yīng) 力應(yīng)變曲線會沿原曲線返回，載荷卸到零時，變形也完全消失。卸載后 變形能完全消失的應(yīng)力最大點稱為材料的彈性極限（0 e） ，一般對于鋼 等許多材料，其彈性極限與比例極限非常接近。（ 2）屈服階段超過彈性階段后，應(yīng)力幾乎不變，只是在某一微小范圍內(nèi)上下波動，而 應(yīng)變卻急劇增長，這種現(xiàn)象成為屈服。使材料發(fā)生屈服的應(yīng)力稱為屈服 應(yīng)力或屈服極限（0 s ） 。當(dāng)材料屈服時，如果用砂紙將試件表面打磨， 會發(fā)現(xiàn)試件表面呈現(xiàn)出與軸線成 45°斜紋。這是由于試件的 45°斜截面 上作用有最大切應(yīng)力，這些斜紋是由于材料沿最大切應(yīng)力作用面產(chǎn)生滑 移所造成的，故稱為滑移線。（3）強(qiáng)化階

3、段經(jīng)過屈服階段后，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)曲線上升趨勢，這說明材料的抗變 形能力又增強(qiáng)了，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化。若在此階段卸載，則卸載過 程的應(yīng)力應(yīng)變曲線為一條斜線，其斜率與比例階段的直線段斜率大致相 等。當(dāng)載荷卸載到零時，變形并未完全消失，應(yīng)力減小至零時殘留的應(yīng) 變稱為塑性應(yīng)變或殘余應(yīng)變，相應(yīng)地應(yīng)力減小至零時消失的應(yīng)變稱為彈 性應(yīng)變。卸載完之后，立即再加載，則加載時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上沿 卸載時的直線變化。因此，如果將卸載后已有塑性變形的試樣重新進(jìn)行 拉伸實驗，其比例極限或彈性極限將得到提高，這一現(xiàn)象稱為冷作硬 化。在硬化階段應(yīng)力應(yīng)變曲線存在一個最高點，該最高點對應(yīng)的應(yīng)力稱為材料的強(qiáng)度極限（

4、6; b）,強(qiáng)度極限所對應(yīng)的載荷為試件所能承受的最大載 荷 Fb。（ 4 ）局部變形階段試樣拉伸達(dá)到強(qiáng)度極限。b之前，在標(biāo)距范圍內(nèi)的變形是均勻的。當(dāng)應(yīng)力 增大至強(qiáng)度極限° b 之后,試樣出現(xiàn)局部顯著收縮,這一現(xiàn)象稱為頸縮。 頸縮出現(xiàn)后,使試件繼續(xù)變形所需載荷減小,故應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)下降趨勢，直至最后在 f 點斷裂。試樣的斷裂位置處于頸縮處，斷口形狀呈杯 狀，這說明引起試樣破壞的原因不僅有拉應(yīng)力還有切應(yīng)力。(5)伸長率和斷面收縮率試樣拉斷后，由于保留了塑性變形，標(biāo)距由原來的L變?yōu)長1。用百分比表示的比值5 = (L1-L) /L*100%稱為伸長率。試樣的塑性變形越大，3也越大。因此，

5、伸長率是衡量材 料塑性的指標(biāo)。原始橫截面面積為A的試樣，拉斷后縮頸處的最小橫截面面積變?yōu)?A1,用 百分比表示的比值=(A-A1) /A*100%稱為斷面收縮率。也是衡量材料塑性的指標(biāo)。所以，低碳鋼拉伸破壞變形很大，斷口縮頸后，端口有 45 度茬口，由于 該方向上存在最大剪應(yīng)力T造成的，屬于剪切破壞力。2. 鑄鐵拉伸實驗鑄鐵是含碳量大于 %并含有較多硅 ,錳, 硫,磷等元素的多元鐵基合金。鑄 鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便，成本低廉等優(yōu)點，因而是應(yīng)用最廣 泛的材料之一。鑄鐵在拉伸時的力學(xué)性能明顯不同于低碳鋼，鑄鐵從開 始受力直至斷裂，變形始終很小，既不存在屈服階段，也無頸縮現(xiàn)象。 斷口垂直于試樣軸線，這說明引起試樣破壞的原因。鑄鐵拉伸破壞斷口與正應(yīng)力方向垂直說明由拉應(yīng)力拉斷的，屬于拉伸破 壞，正應(yīng)力大于了許用值。三、低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮時力學(xué)性質(zhì)的異同點綜述在工程建設(shè)中，低碳鋼是典型的塑性材料，鑄鐵是典型的脆性材料。塑 性材料和脆性材料在力學(xué)性能上的主要特征是：塑性材料在斷裂前的變 形較大，塑性指標(biāo)（斷后伸長率和斷面收縮率）較高，抗拉能力較好，其 常用的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服強(qiáng)度，一般地說，在拉伸和壓縮時的屈服強(qiáng)度相 同：脆性材