低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能

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1、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

2、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

3、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

4、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。