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服极限，并称为名义屈服极限，用?0.2表示(图2－15)。

各类碳素钢随含碳量的增加，屈服极限和强度极限相应增高，但延伸率降低。例如合金纲、工具钢等高强度钢，其屈服极限较高，但塑性性能却较差。 2.3.3 铸铁拉伸时的力学性能

灰口铸铁拉伸时的应力－应变关系是一段微弯曲线，如图2－16所示，没有明显的直线部分。铸铁试件在较小的拉力下就被拉断，没有屈服和颈缩现象，拉断前的应变很小，延伸率也很小。所以，灰口铸铁是典型的脆性材料。

由于铸铁的应力－应变图没有明显的直线部分，所以弹性模量E的数值随应力的大小而变。但在工程中铸铁的拉应力不能很高，而在较低的拉力下，则可近似地认为变形服从虎克定律。通常取???曲线的割线代替曲线的开始部分，并以割线的斜率作为弹性模量，称为割线弹性模量。

铸铁拉断时的最大应力即为其抗拉强度极限，因为没有屈服现象，抗拉强度极限

?b是衡量强度的唯一指标。铸铁等脆性材料抗拉强度很低，所以不宜作为抗拉零件

的材料。

图2－16

2.3.4 压缩时材料的力学性能

金属的压缩试件一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的1.5-3倍。混凝土、石料等则制成立方体的试块。

低碳钢压缩时的???曲线如图2-17所示。试验表明：低碳钢压缩时的弹性模量

E和屈服极限?s，都与拉伸时大致相同。屈服阶段以后，试件越压越扁，横截面面

积不断增大，试件抗压能力也继续提高，因而得不到压缩时的抗压强度极限。由于可以从拉伸试验测定低碳钢压缩时的主要性能，所以一般不作低碳钢的压缩试验。

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图2－18表示铸铁压缩时的???曲线。试件仍然在较小的变形下突然破坏。破坏断面的法线与轴线大致成45～55的倾角，表明试件沿斜截面因剪切(参看第9章)而破坏。铸铁的抗压强度极限比它的抗拉强度极限高4－5倍。其它脆性材料，如混凝土、石料等，抗压强度也远高于其抗拉强度。

脆性材料抗拉强度低，塑性性能差，但抗压能力强，而且价格低廉，宜于作为抗压零件的材料。铸铁坚硬耐磨，易于浇铸成形状复杂的零部件，广泛用于铸造机床床身、机座、缸体及轴承座等受压零部件。因此，其压缩试验比拉伸试验更为重要。

综上所述，衡量材料力学性能的指标主要有：比例极限(或弹性极限)?p(或?e)、屈服极限?s、强度极限?b、弹性模量E、延伸率?和断面收缩率?等。对很多金属材料来说，这些量往往受温度、热处理等条件的影响。表2－l中列出了几种常用材料在常温、静载下?s、?b和?的数值。

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2.3.5 温度和时间对材料力学性能的影响

前面讨论了材料在常温、静载下的力学性能。但也有些零件，例如汽轮机的叶片，长期在高温中运转；又如液态氢或液态氮的容器，则又在低温下工作。材料在高温和低温下的力学性能与常温下并不相同，且往往与作用时间长短有关。现在简略介绍温度和时间对材料力学性能的影响。

(1)．短期静载下温度对材料力学性能的影响

为确定金属材料在高温下的力学性能，可对处于一定温度下的试件进行短期静载拉伸试验，例如在15或20分钟内拉断的试验。图2－19表示在高温短期静载下，低碳钢的?s、?b，E，?和?等随温度变化的情况。从图线可以看出，?s和E随温度的升高而降低。在250～300C之前，随温度的升高，?和?降低而?b增加；在280～300C之后，随温度的升高，?和?增加而?b降低。

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图2－19

在低温情况下，碳钢的弹性极限和抗拉强度都有所提高，但延伸率则相应降低。这表明在低温下，碳钢的强度提高而塑性降低，倾向于变脆。

(2)．高温、长期静载下材料的力学性能

在高温下，长期作用载荷将影响材料的力学性质。试验结果表明，如低于一定温度(例如对碳钢来说，温度在300～350C以下)，虽长期作用载荷，材料的力学性能并无明显的变化。但如高于一定温度，且应力超过某一限度，则材料在这一固定应力和不变温度下，随着时间的增加，变形将缓慢加大，这种现象称为蠕变。蠕变变形是塑性变形，卸载后不再消失。在高温下工作的零件往往因蠕变而引起事故。例如汽轮机的叶片可能因蠕变产生过大的塑性变形，以致与轮壳相碰而打碎。图2－20中的曲线是金属材料在不变温度和固定应力下，蠕变变形?随时间t变化的典型曲线。图中A点所对应的应变是载荷作用时立刻就得到的应变。从A到B蠕变速度

0d?dt(即曲线的

斜率)不断减小，是不稳定的蠕变阶段。从B到C蠕变速度最小，且接近于常量，是稳定的蠕变阶段。从C点开始蠕变速度又逐渐增加，是蠕变的加速阶段。过D点后，蠕变速度急剧加大以至断裂。

图2－20

高温下工作的零件，在发生弹性变形后，如保持其变形总量不变，根据虎克定律，则零件内将保持一定的预紧力。随着时间的增长，因蠕变而逐渐发展的塑性变形将逐步地代替原来的弹性变形，从而使零件内的预紧力逐渐降低，这种现象称为松弛。靠预紧力密封或联接的机器，往往因松弛而引起漏气或松脱。例如汽轮机转子与轴的紧密配合可能因松弛的原因而松脱。对这类问题就需要了解材料有关蠕变的性质。

2.4 许用应力 强度条件

由上节的试验可知，对于脆性材料，当应力达到其强度极限?b时，构件会断裂而破坏；对于塑性材料，当应力达到屈服极限?s时，将产生显著的塑性变形，常会使构件不能正常工作。工程中，把构件断裂或出现显著的塑性变形统称为破坏。材料破坏时的应力称为极限应力，用?表示。为保证有足够的安全程度，将极限应力除以

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