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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-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R = ES(1-1)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-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Bx)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eL,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-e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-e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。局部截 面急剧收缩,承载面积迅速减少,试样承受的载荷很快下降,直到断裂。断裂 时,试样的弹性变形消失,塑性变形则遗留在破断的试样上。材料的塑性通常 用试样断裂后的残余变形来衡量,单拉时的塑性指标用断后伸长率A和断面收 缩率Z来表示。即L -匚A =亠xlOO%s - s2 =X 100%(1-2)Lu, Su分别代表试样拉断后的标距和断口的面积。工程上通常认为,材料的断后伸长率A 5%属于韧断,A 5%则属于脆断。 韧断的特征是断裂前有较大的宏观塑性变形,断口形貌是暗灰色纤维状组织。 低碳钢断裂时有很大的塑性变形,断口为杯状周边为45的剪切唇,断口组织 为暗灰色纤维状,因此是一种典型的韧状断口。铸铁是典型的脆性材料,其拉伸曲线如图1-1 (c)所示。其拉伸过程较低 碳钢简单,可近似认为是经弹性阶段直接过渡到断裂。其破坏断口沿横截面方 向,说明铸铁的断裂是由拉应力引起,其强度指标只有Rm。由拉伸曲线可见, 铸铁断后伸长率甚小,所以铸铁常在没有任何预兆的情况下突然发生脆断。因 此这类材料若使用不当,极易发生事故。铸铁断口与正应力方向垂直,断面平 齐为闪光的结晶状组织,是典型的脆状断口。
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