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1、工程力学（II）（材料）命题作业:背景资料：在工程建设中，低碳钢是典型的塑性材料，铸铁是典型的脆性材料，作为两种最常见的材料力学的研究对象。从这两个不同类别材料的实验现象中可以看出塑性材料和脆性材料的受力现象，了解其中的力学性能。作业名称：低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能？请详细阐述这两种材料拉伸试验的实验现象，并根据工作段的伸长量和荷载间的关系大致分类。作业要求：1.现象内容要详细，回答要有条理；2.字数控制在600800字；3.可以分享自己的理解，请勿抄袭。低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料。它是由试验来测定
2、的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。1、低碳钢拉伸实验在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：（1）弹性阶段在拉伸的初始阶段，-曲线为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（p ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E 。线性阶段后，-曲线不为直线，应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（e ），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常
3、接近。（2）屈服阶段超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（s ）。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面 1打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45斜纹。这是由于试件的45斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。（3）强化阶段经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线，其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失
4、，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（b ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb 。（4）局部变形阶段试样拉伸达到强度极限b 之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限b 之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应
5、力应变曲 2线呈现下降趋势，直至最后在f 点断裂。试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。（5）伸长率和断面收缩率试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的L 变为L1。用百分比表示的比值=（L1-L ）/L*100%称为伸长率。试样的塑性变形越大，也越大。因此，伸长率是衡量材料塑性的指标。原始横截面面积为A 的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为A1，用百分比表示的比值=（A-A1）/A*100%称为断面收缩率。也是衡量材料塑性的指标。所以，低碳钢拉伸破坏变形很大，断口缩颈后，端口有45度茬口，由于该方向上存在最大剪应力造成的，属于剪切破
6、坏力。2. 铸铁拉伸实验铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅,锰,硫,磷等元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便，成本低廉等优点，因而 3是应用最广泛的材料之一。铸铁在拉伸时的力学性能明显不同于低碳钢，铸铁从开始受力直至断裂，变形始终很小，既不存在屈服阶段，也无颈缩现象。断口垂直于试样轴线，这说明引起试样破坏的原因。铸铁拉伸破坏断口与正应力方向垂直说明由拉应力拉断的，属于拉伸破坏，正应力大于了许用值。3、低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时力学性质的异同点综述在工程建设中，低碳钢是典型的塑性材料，铸铁是典型的脆性材料。塑性材料和脆性材料在力学性能上的主要特征是：塑性材料在断裂前的变形较大
7、，塑性指标（断后伸长率和断面收缩率）较高，抗拉能力较好，其常用的强度指标是屈服强度，一般地说，在拉伸和压缩时的屈服强度相同：脆性材料在断裂前的保存较小，塑性指标较低，其强度指标是强度极限，而且其拉伸强度远低于压缩强度。但是，材料不管是塑性的还是脆性的，将随材料所处的温度、应变速率和应力状态等条件的变化而不同。差异：塑性材料在断裂前变形较大，塑性指标较高，抵抗拉断的能力较好，其常用的强度指标是屈服极限，而且，一般来说，在拉伸和压缩时的屈服极限值相同，脆性材料在锻炼前的变形较小，塑性指标较低，其强度指标是强度极限，而且其拉伸强度远低于压缩强度。但是材料是塑性的还是脆性的， 将随材料所处的温度，应变 率和应力状态等条件的变化而不同。为了避免大家内容一致请自行修改一部分
