低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮時的力學性能

1、.低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮時的力學性能根據材料在常溫， 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)出不同的力學性能：（ 1）彈性階段在拉伸的初始階段， - 曲線為一直線，說明應力與應變成正比，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， - 曲線不為直線，應力應變不再成正比，但若在整個彈性階段卸載，應

2、力應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力最大點稱為材料的彈性極限（ 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，應力幾乎不變，只是在某一微小范圍內上下波動，而應變卻急劇增長， 這種現(xiàn)象成為屈服。 使材料發(fā)生屈服的應力稱為屈服應力或屈服極限（ s）。當材料屈服時，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力， 這些斜紋是由于材料沿最大切應力作用面產生滑移所造成的，故稱為滑移線。（3）強化階段經過屈服階段后， 應力應變曲線呈現(xiàn)曲線上升趨勢， 這說明材

3、料的抗變形能力又增強了，這種現(xiàn)象稱為應變硬化。若在此階段卸載，則卸載過程的應力應變曲線為一條斜線， 其斜率與比例階段的直線段斜率大致相等。當載荷卸載到零時，變形并未完全消失，應力減小至零時殘留的應變稱為塑性應變或殘余應變， 相應地應力減小至零時消失的應變稱為彈性應變。卸載完之后，立即再加載，則加載時的應力應變關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。在硬化階段應力應變曲線存在一個最高點， 該最高點對應的應力稱為材料的強度極限 （ b），強度極限所對應的載荷為試件所能承受的最大載荷 Fb。（4）

4、局部變形階段試樣拉伸達到強度極限 b 之前，在標距范圍內的變形是均勻的。當應力增大至強度極限 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，故應力應變曲.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力還有切應力。（5）伸長率和斷面收縮率試樣拉斷后，由于保留了塑性變形，標距由原來的L 變?yōu)?L1。用百分比表示的比值 =（L1-L ）/L*100%稱為伸長率。試樣的塑性變形越大，也越大。因此，伸長率是衡量材料塑性的指標。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)锳

5、1，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。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力造成的，屬于剪切破壞力。2. 鑄鐵拉伸實驗鑄鐵是含碳量大于2.11%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)良的性能及生產簡便，成本低廉等優(yōu)點，因而.是應用最廣泛的材料之一。 鑄鐵在拉伸時的力學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力方向垂直說明由拉應力拉斷的，屬于拉伸破壞，正應力大于了許用值。三、低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮時力學性質的異同點綜述在工程建設中，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（斷后伸長率和斷面收縮率）較高，抗拉能力較好，其常用的強度指標是屈服強度，一般地說，在拉伸和壓縮時的屈服強度相同： 脆性材料在斷裂前