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金属在单向静拉伸下的力学性能

单向静载拉伸是应用最广泛的力学性能实验之一，该实验的特点是温度、应力状态和加载速率是确定的，通过该实验可以给出金属材料最基本的力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。

§1.1拉伸曲线和应力应变曲线

应力和应变
复习应力、应变的定义，包括正应力、切应力、正应变、切应变。
给出在拉伸条件下工程应力、工程应变（又称为名义应力、名义应变）、真应力、真应变的定义。
应力状态软性系数

拉伸曲线、应力应变曲线
拉伸曲线：拉伸实验时所记录的载荷-伸长曲线。
将拉伸曲线的载荷-伸长坐标分别用试样原始截面积和原始标距长度去除，则得到应力应变曲线。真应力应变曲线。
拉伸实验中金属材料的变形过程通常包括弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。

§1.2弹性变形阶段的力学性能

弹性变形及其实质
弹性变形特点：3
微观实质：晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。

弹性模量
是材料弹性变形阶段应力与应变正比关系的比例系数，表征金属材料对弹性变形的抗力。
弹性模量与原子间作用力有关，主要决定于金属原子本性和晶格类型。
弹性模量是一个对组织不敏感的力学参数，合金中溶质原子及热处理工艺对其影响不大，冷塑性变形和升高温度可使其降低。

比例极限和弹性极限
比例极限为拉伸过程中应力与应变成正比关系的最大应力。
弹性极限为材料在拉伸过程中由弹性变形过渡到塑性变形时的应力。
弹性比功
材料开始塑性变形前单位体积所吸收的最大弹性变形功，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。弹性比功决定于材料的弹性模量和弹性极限。

弹性不完整性
完全的弹性变形与载荷方向和加载时间无关，而实际的弹性变形与这些因素有关，产生了弹性不完整性：（1）包申格效应（Bauschinger）；（2）弹性后效；（3）弹性滞后。

§1.3塑性变形阶段的力学性能

一、金属的塑性变形方式及特点
常见塑性变形方式有滑移和孪生。fcc,bcc,hcp金属。
多晶体金属塑性变形特点：
各晶粒变形的不同时性和不均匀性；
各晶粒变形的相互协调性。

二、屈服现象、屈服点和屈服强度
屈服现象的定义：材料在拉伸变形时，从弹性变形到塑性变形存在一个明显的过渡，表现为载荷增加到一定数值时突然下降，随后在载荷不增加或在某一不变值附近波动的情况下，试样继续伸长变形。屈服现象是金属材料开始出现塑性变形的标志。
上屈服点、下屈服点、屈服伸长、屈服平台、吕得斯(Luders)带或屈服线
屈服现象产生的原因：（1）间隙原子对位错的钉扎作用；
（2），
屈服强度：上屈服点受实验条件影响大，而下屈服点再现性比较好，通常将下屈服点记作s。无明显屈服现象的材料，屈服强度记作0.2。
屈服强度的意义，屈强比。

影响屈服强度的因素
影响屈服强度的内在因素
金属本性及晶格类型
晶粒大小与亚结构（细晶强化）
溶质原子（固溶强化）
第二相粒子（弥散强化）
影响屈服强度的外在因素
温度
应变速率
应力状态

屈服判据（屈服条件）
Tresca最大切应力理论
VonMises畸变能理论

形变强化
形变强化的意义：
使机件具有一定的抗偶然过载能力；
使金属进行均匀的塑性变形；
强化金属材料的重要手段；
降低塑性，改善低碳钢的切削加工性能。
Hollomon关系，形变强化指数
S=Ken
形变强化指数n反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力。

颈缩现象
韧性金属材料在拉伸实验时形变集中于局部区域的特殊现象，是形变强化（物理因素）与截面减小（几何因素）共同作用的结果。
颈缩判据：，

抗拉强度与真实断裂强度
抗拉强度的意义：（1）标志塑性金属材料的实际承载能力；
（2）在有些场合，可以使用b作为设计依据；
（3）b与布氏硬度、疲劳强度间有一定的对映关系。

金属的塑性
塑性是指金属断裂前发生塑性变形的能力。
伸长率()，断面收缩率()

金属断裂时的塑性变形包括均匀变形与集中变形（颈缩附近）两部分，金属的塑性变形与形变强化同步进行是产生均匀变形的先决条件。颈缩后，由于形变强化跟不上塑性变形的发展，遂由均匀变形转变为集中变形。
总塑性（最大塑性）
均匀变形（B）与集中变形（u）两部分。对于形成颈缩的塑性金属有：（1）均匀变形量比集中变形量小很多，前者通常不超过后者的50%，（2）试样标距长度越小，集中变形所占的比例越大。
塑性的意义和影响因素
意义：（1）防止偶然过载时，突然产生破坏，（2）金属材料的塑性变形，可以使金属在轧制、挤压等冷变形压力加工时，得到合格产品，（3）塑性大小可反映材料冶金质量好坏。
影响因素：（1）平均晶粒尺寸，（2）溶质原子，间隙式溶质原子对塑性的降低大于置换式溶质原子，（3）碳化物、硫化物等第二相。实验证明，B主要取决于基体相，u除取决于基体相外，还受第二相影响。