一、概述
　分析構(gòu)件的強(qiáng)度時(shí)，除核算應(yīng)力外，還應(yīng)了解資料的力學(xué)性質(zhì)（Mechanicaiproperty），資料的力學(xué)性質(zhì)也稱(chēng)為機(jī)械性質(zhì)，是指資料在外力作用下表現(xiàn)出的變形、損壞等方面的特性。它要由試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。在室溫下，以緩慢平穩(wěn)的辦法進(jìn)行試驗(yàn)，稱(chēng)為常溫靜載試驗(yàn)，是測(cè)定資料力學(xué)性質(zhì)的根本試驗(yàn)。為了便于對(duì)比不一樣資料的試驗(yàn)成果，對(duì)試件的形狀、加工精度、加載速度、試驗(yàn)環(huán)境等，國(guó)家規(guī)范規(guī)則了相應(yīng)變形方式下的試驗(yàn)規(guī)范。本章只研討資料的微觀力學(xué)性質(zhì)，不觸及資料成分及安排構(gòu)造對(duì)資料力學(xué)性質(zhì)的影響，而且因?yàn)楣こ讨谐Ｓ玫馁Y料種類(lèi)許多，主要以低碳鋼和鑄鐵為代表，介紹資料拉伸、緊縮以及純剪切時(shí)的力學(xué)性質(zhì)。
二、低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)
　　低碳鋼是工程中運(yùn)用較廣泛的金屬資料，一起它在常溫靜載條件下表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性質(zhì)也代表性。低碳鋼的拉伸試驗(yàn)按《金屬拉伸試驗(yàn)辦法》（GB/T228-2002）國(guó)家規(guī)范在全能資料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。規(guī)范試件（Standard specimen）有圓形和矩形兩種類(lèi)型，如圖3-1所示。試件上符號(hào)A、B兩點(diǎn)之間的間隔稱(chēng)為標(biāo)距，記作l0。圓形試件標(biāo)距l(xiāng)0與直徑d0有兩種份額，即l0=10d0和l0=5d0。矩形試件也有兩種規(guī)范，即。其間A0為矩形試件的截面面積。試件裝在試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)試件緩慢加拉力FP，對(duì)應(yīng)著每一個(gè)拉力FP，試件標(biāo)距l(xiāng)0有一個(gè)伸長(zhǎng)量Δlo表明FP和Δl的聯(lián)系曲線，稱(chēng)為拉伸圖或FP-Δl曲線。如圖3-2a，因?yàn)镕P-Δl曲線與試件的尺度有關(guān)，為了消除試件尺度的影響，把拉力FP除以試件橫截面的初始面積A0，得出正應(yīng)力為縱坐標(biāo)；把伸長(zhǎng)量Δl除以標(biāo)距的初始長(zhǎng)度l0，得出應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)，做圖表明σ與ε的聯(lián)系（圖3-2b）稱(chēng)為應(yīng)力--應(yīng)變圖或σ-ε曲線（Stress-strain curve）。
三、低碳鋼的拉伸力學(xué)性質(zhì)
1、彈性期間
　　由斜直線Oa和很短的微曲折線ab構(gòu)成。斜直線Oa表明應(yīng)力和應(yīng)變成正比聯(lián)系，即σε，直線的斜率即為資料的彈性模量E，寫(xiě)成等式σ=Eε，即是拉伸或緊縮的虎克規(guī)則。與a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力σp為稱(chēng)為份額極限（Proportional limit）。顯著，只要應(yīng)力低于份額極限時(shí)，應(yīng)力才與應(yīng)變成正比，資料才遵守虎克規(guī)則。這時(shí)，稱(chēng)資料是線彈性的（Linear elasticity）。
　　關(guān)于微曲折線段ab，應(yīng)力和應(yīng)變之間不再遵守線性聯(lián)系，但免除拉力后變形仍可徹底不見(jiàn)，這種變形稱(chēng)為彈性變形（Elastic deformation），b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力σe是資料只呈現(xiàn)彈性變形的極限值，稱(chēng)為彈性極限（Elastic limit）。因?yàn)閍b期間很短，σe和σp相差很小，一般并不嚴(yán)厲區(qū)別。
　　在應(yīng)力大于彈性極限后，如再免除拉力，則試件發(fā)生的變形有一部分不見(jiàn)，這即是上面說(shuō)到的彈性變形。但還遺留下一部分不能不見(jiàn)的變形，這種變形稱(chēng)為塑性變形或剩余變形（Plastic deformation）。
2、屈從（活動(dòng)）期間  當(dāng)應(yīng)力超越b點(diǎn)添加到c點(diǎn)以后，應(yīng)變有十分顯著的添加，而應(yīng)力先是下降，然后作細(xì)小的動(dòng)搖，在σ-ε曲線上呈現(xiàn)挨近水平線的小鋸齒形線段。這種應(yīng)力根本堅(jiān)持不變，而應(yīng)變明顯添加的表象，稱(chēng)為屈從或活動(dòng)（Yield）。在屈從期間內(nèi)的應(yīng)力（c點(diǎn)）和應(yīng)力（c′點(diǎn)）別離稱(chēng)為上屈從極限和下屈從極限。上屈從的數(shù)值與試件形狀、加載速度等要素有關(guān)，一般是不安穩(wěn)的。下屈從極限則相對(duì)較為安穩(wěn)，可以反映資料的性質(zhì)，一般就把下屈從極限稱(chēng)為屈從極限（Yield limit）或屈從點(diǎn)，用σs來(lái)表明。
關(guān)于粗糙度值很低的外表潤(rùn)滑試件，屈從以后在試件外表上隱約可見(jiàn)與軸線成45o的滑移線。資料屈從表現(xiàn)為明顯的塑性變形，而零件的塑性變形將影響機(jī)器的正常作業(yè)，所以屈從極限σs是衡量資料強(qiáng)度的主要目標(biāo)。
3、強(qiáng)化期間  
　　過(guò)屈從期間后，資料又康復(fù)了反抗變形的才能，要使它繼續(xù)變形有必要添加拉力。這種表象稱(chēng)為資料的強(qiáng)化（Strengthening）。在圖3-2b中，強(qiáng)化期間中的點(diǎn)e所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力σb是資料所能接受的應(yīng)力，稱(chēng)為強(qiáng)度極限（Strength limit）或抗拉強(qiáng)度。它是衡量資料強(qiáng)度的另一主要目標(biāo)。在強(qiáng)化期間，試件標(biāo)距長(zhǎng)度顯著地變長(zhǎng)，直徑顯著地減小。
4、部分變形期間  
　　過(guò)e點(diǎn)以后，進(jìn)入部分變形期間，試件部分呈現(xiàn)明顯變細(xì)的表象，亦即頸縮（Necking）表象（如圖3-3）。因?yàn)樵陬i縮部位橫截面面積敏捷減小，使試件繼續(xù)伸長(zhǎng)所需求的拉力也相應(yīng)削減。在σ-ε圖中，用橫截面初始面積A算出的應(yīng)力σ=FP/A隨之下降，直到f點(diǎn)，試件被拉斷。
5、延伸率和斷面縮短率
　　試件拉斷后，因?yàn)楸４媪怂苄宰冃危嚰虞d前的標(biāo)距長(zhǎng)度l0拉斷后變?yōu)閘1。用百分比表明的比值
稱(chēng)為延伸率（Percentage elongation）。試件的塑性變形（l1-l0）越大，δ也就越大。因而，延伸率是衡量資料塑性的目標(biāo)。低碳鋼的延伸率很高，其平均值為20%～30%，這說(shuō)明低碳鋼的塑性功能極好。
    工程上一般按延伸率的巨細(xì)把資料分紅兩大類(lèi)，δ＞5%的資料稱(chēng)為塑性資料，如碳鋼、黃銅、鋁合金等；而把δ＜5%的資料稱(chēng)為脆性資料，如鑄鐵、玻璃、陶瓷等。
　　初始橫截面面積為A0的試件，拉斷后頸縮處的最小截面面積變?yōu)锳1，用百分比表明的比值稱(chēng)為斷面縮短率。φ也是衡量資料塑性的目標(biāo)。
6、卸載規(guī)則和冷作硬化表象
　　在上述的試驗(yàn)過(guò)程中，假如不是繼續(xù)將試件拉斷，而是加載至超越屈從極限后如抵達(dá)圖3-2b中的d點(diǎn)），然后逐步卸除拉力，應(yīng)力應(yīng)變聯(lián)系將沿著斜直線dd′回到d′點(diǎn)，斜直線dd′近似地平行于Oa。這說(shuō)明：在卸載過(guò)程中，應(yīng)力和應(yīng)變按直線規(guī)則改變。這即是卸載規(guī)則。拉力徹底卸除后，應(yīng)力一應(yīng)變圖中，d′g表明不見(jiàn)了的彈性變形，而Od′表明保存下來(lái)的塑性變形。
卸載后，如在短期內(nèi)再次加載，則應(yīng)力和應(yīng)變又從頭沿著卸載直線dd′上升，直到d點(diǎn)后，又沿直線def改變。可見(jiàn)在再次加載時(shí)，直到d點(diǎn)曾經(jīng)資料的變形是彈性的，過(guò)d點(diǎn)后才開(kāi)端呈現(xiàn)塑性變形。對(duì)比圖3-2b中的Oabcdef和d′def兩條曲線，可見(jiàn)在第2次加載時(shí)，其份額極限（亦即彈性期間）得到了進(jìn)步，但塑性變形和延伸率卻有所下降。這種表象稱(chēng)為冷作硬化。