材料承受拉伸时的力学性能指标是通过拉伸试验测定的。其过程为：将被测材料按照GB/T 228.1—2010的要求制成标准拉伸试样（见图1.1），在拉伸试验机上夹紧试样两端，缓慢地对试样施加轴向拉伸力，使试样被逐渐拉长，最后被拉断。通过试验可以得到拉伸力 F与试样伸长量LΔ之间的关系曲线（称为拉伸曲线）。为消除试样几何尺寸对试验结果的影响，将拉伸试验过程中试样所受的拉伸力转化为试样单位截面面积上所受的力，称为应力，用R表示，即R=F/S0，单位符号为MPa（即N/mm2）；试样伸长量转化为试样单位长度上的伸长量，称为应变，用ε表示，即ε=ΔL/L0，从而得到R-ε曲线，也称为应力-应变曲线，其形状与F-ΔL曲线完全一致。图1.2所示为退火低碳钢和铸铁的工程应力-应变曲线图。

图1.1　标准拉伸试样

图1.2　低碳钢和铸铁的应力-应变曲线

1.1.1.1　弹性与刚度

如图1.2（a）所示，在试验时，若加载后的应力不超过e点，则卸载后试样会恢复原状，这种变形称为弹性变形，材料的这种不产生永久变形的能力称为弹性。不产生永久变形的最大应力，称为弹性极限，其单位符号为MPa。

因此在图1.2（a）中，Oe曲线段为材料的弹性变形阶段。其中，曲线中开始的一段是直线，表示应力与应变成正比。保持这种比例关系的最大应力值，称为比例极限，其单位符号为MPa。

弹性模量E是指工程材料在弹性状态下的应力与应变的比值，即E=R/ε，它的单位符号也为MPa。在图1.2（a）中，直线部分的斜率即为低碳钢的弹性模量E。E越大，则使其产生一定弹性变形量的应力也越大。因此，弹性模量E是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，工程上称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。

弹性模量E与原子间的作用力有关，取决于金属原子的本性和晶格类型，合金化、热处理、冷塑性变形、加载速率等对其影响都不大。提高零件刚度的方法是增大横截面面积或改变截面形状。

1.1.1.2　强　度

材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大，使用越安全。根据外力的作用方式，有多种强度指标，如抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。其中拉伸试验所得的屈服强度Re和抗拉强度Rm的应用最为广泛。

如图 1.2（a）所示，若加载应力超过e点，则卸载后，试样的变形不能完全消失，会保留一部分永久变形，这种不能恢复的永久变形称为塑性变形。塑性变形分为三个阶段：屈服阶段、均匀塑性变形阶段和不均匀塑性变形阶段。

1．屈服强度

在图1.2（a）中，当应力值超过e点时，试样将产生塑性变形；当应力增至H点时，试样开始产生明显的塑性变形，在曲线上出现了水平的波折线，表明即使外力不增加，试样仍继续塑性伸长，这种现象称为屈服。发生屈服所对应的应力值即为屈服强度，用Re表示。屈服强度包括下屈服强度和上屈服强度。下屈服强度是指在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力值，以ReL表示。上屈服强度是指试样发生屈服而力首次下降前的最高应力值，以ReH表示。对于大多数零件而言，发生塑性变形就意味着零件脱离了设计尺寸和公差的要求。

屈服现象在低碳钢、中碳钢、低合金高强度结构钢和一些有色金属等材料中可观察到，具有一定的普遍性。但多数工程材料（如强度较大或含碳量较高的高碳钢、铸铁等）没有屈服现象发生。因此GB 228.1—2010规定了残余伸长应力Rr。例如，规定残余伸长率为0.2%时，则残余应力用Rr0.2表示，即表示在卸除载荷后，试样标距部分残留的伸长率为0.2%时所对应的拉伸时的应力值，如图 1.2（b）所示。对于没有明显屈服现象的金属材料，可测定其残余伸长应力Rr0.2，以代替屈服强度。在生产上把Rr0.2称为条件屈服强度。

屈服强度Re或条件屈服强度Rr0.2是材料开始产生微量塑性变形时的应力值。对于大多数零件而言，塑性变形就意味着零件的精度下降，因而会造成失效。因此工程上屈服强度或条件屈服强度指标常是塑性材料零件设计的依据。

屈服强度是工程上最重要的力学性能指标之一。其工程意义在于：①绝大多数零件，如紧固螺栓、汽车连杆、机床丝杠等，在工作时都不允许产生明显的塑性变形，否则将丧失其自身精度，或与其他零件的相对配合受到影响，因此屈服强度是防止材料因过量塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据；②根据屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中、防止脆性断裂的参考依据。(www.daowen.com)

2．抗拉强度

如图1.2（a）所示，m点是拉伸曲线的最高点，对应的应力是材料在破断前所能承受的最大应力，称为抗拉强度，用Rm表示。

对于低碳钢等塑性材料，当应力超过屈服点时，整个试样发生均匀而显著的塑性变形，并且变形抗力逐渐增加。当应力到达m点时，整个试样开始产生不均匀塑性变形，即试样开始局部变细，出现缩颈现象。此后，应力下降，变形主要集中在颈部，直到最后到达k点时，在缩颈处断裂。可见m点也是均匀塑性变形和非均匀塑性变形的分界点，可看成是材料产生最大均匀塑性变形的抗力。它也是零件设计和材料评定时的重要指标。

3．断裂强度

当应力超过m点后，缩颈处迅速伸长，应力明显下降，在k点出现断裂。所对应的应力值称为断裂强度，用Rk表示。对于灰铸铁一类的脆性材料，如图 1.2（b）所示，在拉伸过程中没有明显的塑性变形，不产生缩颈现象，因此这时的抗拉强度就是脆性材料在静载荷下抵抗断裂的能力，相当于断裂强度。

1.1.1.3　塑　性

塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。

1．伸长率

伸长率是指试样拉断后标距的增长量与原始标距长度之比的百分率，用A表示：

式中，L0为试样的原始标距长度；L1为试样拉断后的标距长度。

在材料手册中常有A5和A10两种伸长率符号（A10常简写成A），它们分别表示L0=5d0和两种不同规格的试样测定的伸长率。由于试样拉断后的伸长，包括均匀塑性伸长和缩颈处的局部塑性伸长两部分。而缩颈处局部的相对伸长量在总伸长量中占的比例大。由此可以得出，同一材料所测得的A5和A10不一样大，其中A5大，而A10小。由此也可以得出，对于不同的材料，只有用同一种伸长率才能比较它们的塑性。

2．断面收缩率

断面收缩率是指试样拉断处横截面面积的最大减缩量与原始横截面面积之比的百分率，用Z表示：

式中，S0为试样的原始截面面积；S1为试样断口处的最小截面面积。

断面收缩率Z不受试样标距长度的影响，因此它更能可靠地反映材料的塑性状况。

材料的断后伸长率和断面收缩率越大，材料的塑性越好，越有利于进行压力加工；也能起到通过塑性变形消耗能量，防止一旦超载而材料产生断裂。但是塑性好的材料其强度通常会较低，使用过程中容易发生变形，导致失效。因此，对材料的强度和塑性的要求要综合考虑，不能顾此失彼。