弹簧材料强度 精密弹簧生产

　　强度 金属材料常采用拉伸试验来测试其力学性能，可以由拉伸试验的数据反映材料的强度和塑性指标。图2-3a所示为低碳钢的标准拉伸试样（GB/T 228、MOD ISO 6892）

　　图2-4 所示为典型的拉伸工程应力-工程应变图（S-e 图），它描述了从开始加载到破坏为止，试样承受载荷和变形发展的全过程。它表明了低碳钢拉伸时的许多力学性能。

　　由拉伸应力-应变图（S-e 图）可以看出，拉伸过程分为四个阶段，每一阶段表现出不同的力学性能。

　　1）弹性阶段∶由 S-e 图可以看出，曲线的B 段应变值很小，如果将载荷卸去，试样变形会全部消失，故称作弹性变形，该阶段称为弹性阶段。弹性阶段分为两部分;斜直线OA部分和微弯曲段 AB部分。斜直线OA表示应力与应变成正比变化，即材料服从胡克定律。直线的更高点A所对应的应力称作比例极限，它是材料服从胡克定律时可能产生的更大应力值。按胡克定律计算，斜直线 OA上应力与应变的比值就是弹性模量 E，即：E=σp/ε= tanα

　　在变形很小时，工程应力S和真应力σ及工程应变e和真应变e都非常接近，故在工程中可用式进行计算∶E =σ/ε

　　切变模量G可根据弹性模量 E换算得出，即G=E/[2(1+υ)]

　　式中 υ—泊松比，钢材的υ≈0.3。

　　当应力超过比例极限但仍小于图上 B点的应力值时，AB 段已不再是直线，材料的应变也不再服从胡克定律，但如果此时卸载应力，变形仍能完全消失。B点对应的应力值是弹性变形阶段的更大应力，该应力值称作弹性极限。弹性极限与比例极限的意义不同，但数值非常接近，故通常不作区分。

　　2）屈服阶段∶当应力超过B点，S-e曲线逐渐弯曲，到达C点后，图形上出现一条水平发展的波浪线CD，说明此阶段应力只有小幅度波动，而应变却急剧增加，就好像材料失去了对变形的抵抗能力。这种现象称作材料屈服。

　　屈服阶段的起始点就是S-e曲线上的C 点，这一点的应力值是屈服阶段的更高应力值，故C点又被称为上屈服点。通常所说的屈服强度 R（σ。）指的是屈服阶段的更低应力值，也称作下屈服点，它代表了材料抵抗屈服的能力，是衡量材料力学性能的重要指标。如弹簧的应力达到此水平将失去刚度。

　　3）强化阶段∶S-e曲线上从屈服终止点D到曲线更高点E这一阶段，材料的变形随着应力提高而增加，如果应力不提高变形就不增加。材料继续变形时，必须增加外力，这种现象称作材料的应变强化，也叫加工硬化，故称此阶段为强化阶段。同时，因为缩颈尚未出现，也称作均匀变形阶段。这一阶段的变形与弹性阶段的变形不同，是不可恢复的塑性变形。

　　E点所对应的应力称为强度极限，也就是抗拉极限 R。（σy），它是材料完全丧失承载能力的更大应力值，是弹簧材料的重要性能指标。通常所说的抗拉强度即指这一参数。

　　4）缩颈阶段;在E点之前，试样在标距L范围内的变形是沿轴向均匀伸长，沿径向均匀收缩。从E 点开始，试样的变形集中在某一局部长度内，此处的横截面面积开始减小（图2-3c），出现了所谓的"缩颈"现象。由于缩径处的横截面积不断减小，导致虽然试样缩颈部位受到的应力不断增加，但继续变形所需的拉力反而逐渐减小，按原始横截面积计算的工程应力S值随之下降，直至曲线延长到 F点，试样被拉断。经过上述阶段后拉断的试样，断口的一端呈杯口状，另一端呈截锥状，如图2-3d所示。除了低碳钢之外，许多材料的 S-e曲线没有明显的屈服阶段（图2-5a）。对于这些材料，在工程上规定以试样产生一定的塑性变形时的应力值作为屈服强度的代表值（图 2-5b），称为规定塑性延伸强度 R。。例如以0.2??性变形时的应力值代表屈服强度时，记为R，0.2（σo.2）。

　　对应于弹簧材料，因为强度较高，所以多无明显的屈服阶段。