眾所周知,拉伸金屬材料(尤其是黑色金屬)的過程通常包括四個階段,分別是彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段以及頸縮和斷裂階段。每個階段都具有獨(dú)特的力學(xué)性能特征。接下來,我們將詳細(xì)介紹這四個階段。
一、 彈性階段
在此階段中,拉力試驗(yàn)機(jī)的拉力和伸長成正比關(guān)系,表明鋼材的應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)榫€性關(guān)系,完全遵循胡克定律。若當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增加到C點(diǎn)時,應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系不再是線性關(guān)系,但變形仍然是彈性的,即卸除拉力后變形完全消失。它是控制材料在彈性變形范圍內(nèi)工作的有效指標(biāo),在工程上有實(shí)用價值。
二、 屈服階段
當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限到達(dá)鋸齒狀曲線時,這時試驗(yàn)力不再增加,有時還下降。這種現(xiàn)象表明試樣在承受的拉力不繼續(xù)增加或稍微減少的情況下變形卻繼續(xù)伸長,稱為材料的屈服,其應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)(屈服應(yīng)力),力(Fsu上屈服力)或不計初始瞬時效應(yīng)(不計載荷首次下降的點(diǎn))時的小力(FsL下屈服力),分別所對應(yīng)的應(yīng)力為上、下屈服點(diǎn)。顯示器顯示的小載荷(次下降后的小載荷)即為屈服載荷Fs。工程中一般只求下屈服點(diǎn),屈服應(yīng)力是衡量材料強(qiáng)度的一個重要指標(biāo)。
三、 強(qiáng)化階段
過了屈服階段以后,試樣材料因塑性變形其內(nèi)部晶體組織結(jié)構(gòu)重新得到了調(diào)整,其抵抗變形的能力有所增強(qiáng),隨著拉力的增加,伸長變形也隨之增加,拉伸曲線繼續(xù)上升,此線段稱為強(qiáng)化階段,隨著塑性變形量的增大,材料的力學(xué)性能發(fā)生變化,即材料的變形抵抗力提高,塑性降低。在強(qiáng)化階段卸載,彈性變形會隨之消失,塑性變形將會保留下來。當(dāng)拉力增加,拉伸曲線到達(dá)頂點(diǎn)E時,這時的試驗(yàn)力為拉力Fm,由此可求得材料的抗拉強(qiáng)度,它也是材料強(qiáng)度性能的重要指標(biāo)。
四、 頸縮和斷裂階段
對于塑性材料來說,在承受拉力Fm以前,試樣發(fā)生的變形各處基本上是均勻的。在達(dá)到Fm以后,變形主要集中于試樣的某一局部區(qū)域,該處橫截面面積急劇減小,這種現(xiàn)象即是“頸縮”現(xiàn)象,此時拉力隨著下降,直至試樣被拉斷,其斷口形狀呈碗狀。
這四個階段可以在電子萬能試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)力-變形(或應(yīng)力-應(yīng)變)曲線上清晰地觀察到,并且可以通過這些曲線計算材料的各種力學(xué)性能參數(shù)。還可以衍生出試驗(yàn)力-位移曲線、變形-時間曲線等其他曲線來進(jìn)一步分析。
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