金属材料室温短时静载力学性能优化

金属材料在室温、短时静载下的力学性能指标主要有屈服强度R_eL（σ_s）、抗拉强度R_m（σ_b）、伸长率A（δ）和断面收缩率Z（ψ）。材料的拉伸试验和压缩试验都属于短期静载试验。

（1）屈服强度R_eL（σ_s）

屈服强度是表征金属材料在静拉力作用下开始塑性变形的力学指标，是工程技术上最为重要的力学性能指标之一。在实际生产中，绝大部分工程构件和机器零件在其服役过程中都处于弹性变形阶段，不允许有塑性变形产生。屈服强度标志着金属对起始塑性变形的抗力。

对于退火、正火、调质状态的碳素钢和低合金结构钢存在物理屈服现象，在拉伸实验得到的应力-应变曲线上出现上、下屈服强度和明显屈服平台，这类材料取其下屈服强度为该材料的屈服强度R_eL（σ_s）（图2-1）。对于其他没有明显的物理屈服现象的材料，如不锈钢、淬火状态的碳素钢及低合金钢等，则根据零件或构件残余变形量为0.2%所对应的应力强度值作为材料的屈服强度，称为0.2%非比例延伸强度，用R_p0.2（σ_0.2）表示（图2-2）。同样还有1.0%非比例延伸强度R_p1.0。

图2-1 低碳钢应力-应变曲线

图2-2 0.2%非比例延伸强度

（2）抗拉强度R_m（σ_b）

抗拉强度R_m（σ_b）是代表最大均匀塑性变形抗力的指标，反映了材料抵抗断裂能力的大小，又称为强度极限（图2-1）。

抗拉强度R_m（σ_b）是静拉伸试验中最容易测定的力学性能指标，而且是重现性好的性能指标，所以适合于作为产品规格说明或质量控制的标志。

（3）伸长率A（δ）和断面收缩率Z（ψ）(www.xing528.com)

伸长率A（δ）和断面收缩率Z（ψ）是静拉伸条件下衡量金属塑性变形能力的指标。

在静载荷下工作的机器零件或结构件都需要具有一定的塑性，这是因为：第一，材料具有一定的塑性，当机器零件或结构件受到过负荷时能发生塑性变形，它与形变硬化的配合足以保证安全而避免突然断裂；第二，由于机器零件或结构件不可避免的存在不同尺寸截面的过渡，加载后会出现应力集中现象，具有一定塑性的材料可通过应力集中处局部的塑性变形使应力重新分配，从而保证其不致过早断裂；第三，材料具有一定的塑性可以有利于某些成形工艺（如冲压、冷弯、校直等）。

伸长率通常用A表示：

A=[（L-L₀）/L₀]×100% （2-1）

式中 L₀——原始标距长度，一般取L₀=5d₀或L₀=10d₀，对应有δ₅和δ₁₀，其中d₀为试样原始截面直径；

L——拉断后两标点之间的距离。

断面收缩率通常用Z表示：

Z=[（F-F₀）/F₀]×100% （2-2）

式中 F₀——试样的原始截面积；

F——拉断后试样的截面积。