低碳钢拉伸实验的特征值浅析

低碳钢室温拉伸实验是金属拉伸的典型实验，也是各个高校《工程力学》当中的基础实验。

影响低碳钢室温拉伸试验结果准确度的因素很多，为限制这些因素的影响，使测量结果具有可比性，首先要使拉伸试验方法标准化。我国现行国家标准GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》。准确地测定材料的各项性能。通过低碳钢的典型拉伸曲线图（见图1）来浅析低碳钢试样在拉伸力作用下的变形及：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段其对应的特征值。

图1 拉伸曲线示意图

一、弹性变形阶段

受力物体去除载荷后，其变形速度以声速恢复原状态的现象称为弹性。这种去除载荷后，可立即恢复原状的变形，即为弹性变形。此阶段可分为两小段：

（1） 线弹性变形段

在这个阶段内，试样的伸长与外力成正比例直线关系称之为线性关系，即伸长与载荷之间严格遵循虎克定律：F=K=L（或l=E^）。

（2） 滞弹性变形段

当外力超过P点，正比例关系就消失了，P A为滞弹性变形段，此段极短，不容易观察到。

可见，P点是线性弹性变形（即比例直线段）的终点，A点是弹性变形的终点，所以把P点与A点对应的特征应力，分别称为比例极限与弹性极限。当然，要准确测定它们是较困难的。

二、屈服阶段

这阶段就开始产生微塑性变形， Z点与B点对应的特征应力分别为上、下屈服强度 ReH与 ReL。如材料无明显屈服现象时的规定非比例延伸强度RP 和规定残余延伸强度Rr 等，都是微塑性变形量对应的各种强度指标。这些都是拉伸试验应测定的重要指标.

三、强化阶段

这一阶段的特点是，拉伸试样截面在不均匀断缩小，但载荷却继续上升，其原因是形变强化（或称加工硬化）在起作用。所谓加工硬化就是随着塑性变形的增大，低碳钢材料不断被强化，其强度和硬度提高，而塑性变性的现象。在此阶段中，当试样的某一部分产生塑性变形，虽然这一部分截面减小，使此处承受负荷的能力下降，但由于变形强化的作用而阻止了塑性变形在此处继续发展，使变形被迫移到试样的其他部位。变形和强化交替进行，哪里有变形哪里就有强化。就使试样各部位产生了宏观上表现为均匀的塑性变形。这一阶段遵循体积不变原理，即L0S0=L1S1=常数。

四、颈缩阶段

强化变形阶段直至C点（对应抗拉强度Rm）达到拐点，即形变强化与截面减小的作用刚好抵消。过了这一点，力开始下降，这是由于形变强化能力跟不上试样截面积减小的作用而导致力下降。此时，试样在某处开始局部集中变形出现颈缩现象。由于塑性变形分为均匀与局部变形两部分，所以断后伸长率A一般（低碳钢是典型的有缩颈的塑性材料）也由两部分组成，即：

A=A1+A2==L1/L0+=L2/L0

式中 =L1为均匀伸长， =L2为局部伸长， L0为原标距长。

对于同一材料而言，均匀伸长率A1==L1/L0为常数，且局部绝对伸长=L2 值相等。但由于长比例试样的L0为短比例试样的两倍， 所以由长比例试样测得的A2小于短比例试样测得的A2。这是同一材料长比例试样的A11.5小于短比例试样A的原因， 这也是做拉伸试验时，要按规定标距原始L0的原因，否则其结果无可比性。钢的伸长率换算可见GB/T17600-1998《钢的伸长率换算》 。

低碳钢拉伸试验过程的终点是断裂。低碳钢（圆头长试样）拉伸试验后拉断口一般由纤维区、放射区和剪切唇区三个区域组成。中央纤维区呈粗糙的圆形花样；裂纹生成后缓慢扩展进入放射区，这一区有沿半径方向（与裂纹扩展方向平行）的放射线；断裂的最后阶段形成与拉应力方向几乎成45角的肋４表面平荒剪切唇莆？碗口状"断口。

通过低碳钢拉伸实验，可以让学生全面的观看到塑性金属材料拉伸曲线图完整的四个阶段，将抽象的知识，转换成直观的图形。更有利于学生的学习和发展。

参考资料：

[1] GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》

[2] GB/T17600-1998《钢的伸长率换算》