大家好我是機械小歐，每天在頭條分享機械知識。今天給大家分享一下金屬的力學性能--強度和塑性。

一、強度與塑性

強度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。塑性是指金屬在斷裂前發生不可逆永久變形的能力。永久變形是指物體在力的作用下産生的形狀，尺寸的改變，外力去除後，變形不能恢複到原來的形狀和尺寸。這種不能恢複到原始的形狀和尺寸的變形稱永久變形或塑性變形。金屬材料的強度和塑性指标可以通過拉伸試驗測得。

(一)拉伸試驗

拉伸試驗是指用靜拉伸力對試樣進行軸向拉伸，測量拉伸力和相應的伸長。拉伸時一般将拉伸試樣拉至斷裂。（公司要做拉伸試驗需要取的國家試驗室資質）

1.拉伸試樣

通常采用國柱形拉伸試樣，試樣尺寸按國家标準有關規定進行制作。拉伸試樣分為短試樣和長試樣兩種，一般工程上采用短試樣-如圖2-1所示，其中圖2-1a為标準試樣拉斷前的狀态。圖2-1b為标準試樣拉斷後的狀态。d0為标準試樣的原始直徑。d1為試樣斷口處的直徑。L0為标準試樣的原始标距，L1為拉斷試樣對接後測出的标距長度。長試樣 L0-10d0；短試樣 L0=5d0。

2.試驗方法

拉伸試驗在拉伸試驗機上進行。圖 2-2 為拉伸試驗機示意圖。将試樣 1裝在試驗機的上下夾頭上，開動機器，在壓力油的作用下，試樣受到拉伸。同時，記錄裝置記錄下拉伸過程中的力-伸長曲線。

(二)力-伸長曲線

在進行拉伸試驗時，拉伸力F和試樣伸長量△ L 之間的關系曲線，稱為力-伸長曲線。通常把拉伸力 F 作為縱坐标，伸長量 △L 作為橫坐标，圖 2-3 所示為退火低碳鋼的力-伸長曲線圖。

觀察拉伸試驗和力-伸長曲線，會發現在拉伸試驗的開始階段，試樣的伸長量 △L 與拉伸力F 之間成正比例關系，在力-伸長曲線圖中為一條斜直線 Oe。在該階段，當拉伸力增加時，試樣伸長量△L 也呈正比增加。當去除拉伸力後試樣伸長變形消失，恢複其原來形狀，其變形規律符合胡克定律，表現為彈性變形。在圖中 Fe是試樣保持彈性變形的最大拉伸力。

當拉伸力不斷增加，超過Fe時，試樣将産生塑性變形,去除拉伸力後，變形不能完全恢複，塑性伸長将被保留下來。當拉伸力繼續增加到 Fs時，力-伸長曲線在S點後出現一個平台，即在拉伸力不再增加的情況下，試樣也會明顯伸長，這種現象稱為屈服現象。拉伸力 Fs稱為屈服拉伸力。

當拉伸力超過屈服拉伸力後，試樣抵抗變形的能力将會增加，此現象為冷變形強化，即抗力增加現象。在力-伸長曲線上表現為一段上升曲線，即随着塑性的增大，試樣變形抗力也逐漸增大。

當拉伸力達到Fb時，試樣的局部截面開始收縮，産生了縮頸現象。由于縮頸使試樣局部截面迅速縮小，最終導緻試樣被拉斷。縮頸現象在力-伸長曲線上表現為一段下降的曲線。 Fb是試樣拉斷前能承受的最大拉伸力，稱為極限拉伸力。

從完整的拉伸試驗和力-伸長曲線可以看出，試樣從開始拉伸到斷裂要經過彈性變形、屈服階段、變形強化階段、縮頸與斷裂四個階段。

(三) 強度指标

金屬材料抵抗拉伸力的強度指标有屈服點、規定殘餘伸長應力、抗拉強度等

1.屈服點和規定殘餘伸長向力

屈服點是指試樣在拉伸試驗過程中，力不增加(保持恒定)，但試樣仍然能繼續伸長（變形）時的應力。

工業上使用的部分金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在進行拉伸試驗時，沒有明顯的屈服現象，也不會産生縮頸現象，這就需要規定一個相當于屈服點的強度指标，即規定殘餘伸長應力

2.抗拉強度

抗拉強度是指試樣拉斷前承受的最大标稱拉應力。

金屬材料由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過渡的臨界值，也是表征材料在靜拉伸條件下的最大承載能力。對于塑性金屬材料來說，拉伸試樣在承受最大拉應力之前，變形是均勻一緻的。但超過最大拉應力後，金屬材料開始出現縮頸現象，即産生集中變形。

屈強比，是一個重要的指标。比值越大，越能發揮材料的潛力，減少工程結構自重。但為了使用安全，也不宜過大，一般合理的比值在0.65-0.75 之間。

3.剛度

材料在受力時，抵抗彈性變形的能力稱為剛度，它表示材料彈性變形的難易程度。

式中，和r分别為正應力和切應力，和y分别為正應變和切應變。

在設計機械零件時，如果要求零件剛度大時，應選用具有較高彈性模量的材料。一般來說，鋼鐵材料的彈性模量較大，所以對要求剛度大的零件，通常選用鋼鐵材料。例如，車床主軸應有足夠的剛度，如果主軸剛度不足，車刀進給量大時，車床主軸的彈性變形就會大，從而影響零件的加工精度。

對于在彈性範圍内要求對能量有較大吸收能力的零件(如儀表彈簧等)，可以選擇軟彈簧材料，如铍青銅、磷青銅等制造，使其具有較高的彈性極限和低的彈性模量。

(四)塑性指标

金屬材料的塑性，可以用拉伸試樣斷裂時的最大相對變形量來表示，如拉伸後的斷後伸長率和斷面收縮率。它們是表征材料塑性好壞的主要力學性能指标。

1.斷後伸長率

拉伸試樣在進行拉伸試驗時，在力的作用下産生塑性變形，原始試樣中的标距會不斷伸長，标距的伸長與原始标距的百分比稱為伸長率。

2.斷面收縮率

斷面收縮率是指，試樣拉斷後縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。

金屬材料的塑性的好壞，對零件的加工和使用具有重要的實際意義，期性好的材料不僅能順利地進行鍛壓、軋制等成型工藝，而且在使用時如超載，由于塑性變形，能避免突然斷裂。所以大多數機械零件除要求具有較高的強度外，還須有一定的塑性

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