屈服強(qiáng)度的工程意義

1、屈服強(qiáng)度的工程意義：傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，對(duì)塑性材料，以屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力打=ays/n,安全系數(shù)n一般取2或更大，對(duì)脆性材料，以抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力b=bb/n,安全系數(shù)n一般取6。需要注意的是，按照傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，必然會(huì)導(dǎo)致片面追求材料的高屈服強(qiáng)度，但是隨著材料屈服強(qiáng)度的提高，材料的抗脆斷強(qiáng)度在降低，材料的脆斷危險(xiǎn)性增加了。屈服強(qiáng)度不僅有直接的使用意義，在工程上也是材料的某些力學(xué)行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強(qiáng)度增高，對(duì)應(yīng)力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強(qiáng)度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強(qiáng)度是材料性能中不可缺少的重要指標(biāo)。通常采用試驗(yàn)機(jī)來測試屈服強(qiáng)

2、度?？估瓘?qiáng)度的意義：在材料不產(chǎn)生頸縮時(shí)抗拉強(qiáng)度代表斷裂抗力。脆性材料用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，其許用應(yīng)力是以抗拉強(qiáng)度為依據(jù)的?？估瓘?qiáng)度對(duì)一般的塑性材料有什么意義呢？雖然抗拉強(qiáng)度只代表產(chǎn)生最大均勻塑性變形抗力，但它表示了材料在材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的靜拉伸條件下的極限承載能力。對(duì)應(yīng)于抗拉強(qiáng)度bb的外載荷，是試樣所能承受的最大載荷，盡管此后頸縮在不斷發(fā)展，實(shí)際應(yīng)力在不斷增加，但外載荷卻是在很快下降的。彈性模量的意義：彈性模量可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力也越大，即材料剛度越大，亦即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生彈性變形越小。彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需

3、要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)，相當(dāng)于普通彈簧中的剛度。靜力韌度的意義：材料在用試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行靜拉伸時(shí)單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。嚴(yán)格的說，它應(yīng)該是真應(yīng)力-應(yīng)變曲線下所包圍的面積也就是工程上為了簡化方便，近似地采?。簩?duì)塑性材料靜力韌度是一個(gè)強(qiáng)度與塑性的綜合指標(biāo)。單純的高強(qiáng)度材料象彈簧鋼，其靜力韌度不高，而只具有很好塑性的低碳鋼也沒有高的靜力韌度，只有經(jīng)淬火高溫回火的中碳（合金）結(jié)構(gòu)鋼才具有最高的靜力韌度。硬度并不是金屬獨(dú)立的基本性能。一般硬度計(jì)進(jìn)行硬度測試。它是指金屬在表面上的不大體積內(nèi)抵抗變形或者破裂的能力。現(xiàn)在這些表征力學(xué)性能的量都可以通過材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)直

4、接得出結(jié)果的。比如我們澳珂儀器網(wǎng)站上就有萬能材料試驗(yàn)機(jī)，液壓萬能試驗(yàn)機(jī)等可以測試這些力學(xué)性能的材料試驗(yàn)設(shè)備。但是，各種力學(xué)性能測試根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，不同的試驗(yàn)機(jī)得出的數(shù)據(jù)有所差異。因而在選購試驗(yàn)機(jī)的時(shí)候要特別注意聽專家的意見。應(yīng)該提供試驗(yàn)規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)并獲取相應(yīng)的技術(shù)方案較為穩(wěn)妥。金屬材料的硬度含義金屬材料的硬度含義（如HBS,HB,HR,HK,HRA,HRB,HRC等）HBS（布氏硬度）是硬度指標(biāo)。布氏硬度是根據(jù)壓痕單位表面積上的載荷大小來計(jì)算硬度值，它不適用于測定硬度較高的材料。布氏硬度=F（載荷）/A凹（壓痕球形表面積）金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力，稱為硬度。根據(jù)試驗(yàn)方法和適用范圍不同，

5、硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對(duì)于管材一般常用的有布氏、洛氏、維氏硬度三種。A、布氏硬度（HB）用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗(yàn)力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2（MPa）。其計(jì)算公式為：式中：F-壓入金屬試樣表面的試驗(yàn)力，N;D-試驗(yàn)用鋼千直徑，mm;d-壓痕平均直徑，mm。測定布氏硬度較準(zhǔn)確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對(duì)于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏

6、硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。舉仞120HBS10/1000/30:表示用直徑10mm鋼球在1000Kgf（9.807KN）試驗(yàn)力作用下，保持30s（秒）測得的布氏硬度值為120N/mm2（MPa）。B、洛氏硬度（HK）洛氏硬度試驗(yàn)同布氏硬度試驗(yàn)一樣，都是壓痕試驗(yàn)方法。不同的是，它是測量壓痕的深度。即，在初邕試驗(yàn)力（Fo）及總試驗(yàn)力（F）的先后作用下，將壓頭（金鋼廠圓錐體或鋼球）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，用測量的殘余壓痕深度增量（e）計(jì)算硬度值。其值是個(gè)無名數(shù)，以符號(hào)HR表示，所用標(biāo)尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個(gè)標(biāo)尺。其中常

7、用于鋼材硬度試驗(yàn)的標(biāo)尺一般為A、B、C,即HRA、HRB、HRC。硬度值用下式計(jì)算：當(dāng)用A和C標(biāo)尺試3時(shí)，HR=100-e當(dāng)用B標(biāo)尺試3時(shí)，HR=130-e式中e-殘余壓痕深度增量，其什系以規(guī)定單位0.002mm表示，即當(dāng)壓頭軸向位移一個(gè)單位（0.002mm）時(shí),即相當(dāng)于洛氏硬度變化一個(gè)數(shù)。e值愈大，金屬的硬度愈低，反之則硬度愈高。上述三個(gè)標(biāo)尺適用范圍如下：HRA（金剛石圓錐壓頭）20-88HRC（金剛石圓錐壓頭）20-70HRB（直徑1.588mm鋼球壓頭）20-100洛氏硬度試驗(yàn)是目前應(yīng)用很廣的方法，其中HRC在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中使用僅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可適用于測定由極軟到極硬的金屬材料，

8、它彌補(bǔ)了布氏法的不是，較布氏法簡便，可直接從硬度機(jī)的表盤讀出硬度值。但是，由于其壓痕小，故硬度值不如布氏法準(zhǔn)確。C、維氏硬度(HV)維氏硬度試驗(yàn)也是一種壓痕試驗(yàn)方法，是將一個(gè)相對(duì)面夾角為1360的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗(yàn)力(F)壓入試驗(yàn)表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測量壓痕兩對(duì)角線長度。維氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕表面積所得之商，其計(jì)算公式為：式中：HV-維氏硬度符號(hào)，N/mm2(MPa);F-試驗(yàn)力，N;d-壓痕兩對(duì)角線的算術(shù)平均值，mm。維氏硬度采用的試驗(yàn)力F為5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)、100(980.7)K

9、gf(N)等六級(jí)，可測硬度值范圍為51000HV。表示方法舉例：640HV30/20表示用30Hgf(294.2N)試驗(yàn)力保持20S(秒)測定的維氏硬度值為640N/mm2(MPa)。維氏硬度法可用于測定很薄的金屬材料和表面層硬度。它具有布氏、洛氏法的主要優(yōu)點(diǎn)，而克服了它們的基本缺點(diǎn)，但不如洛氏法簡便。維氏法在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中很少用。HB是用一定的力將一定直徑(2.5、5、10)的鋼球壓向被測材料的表面，然后測量被測材料表面鋼球壓痕的直徑以判斷材料的硬度。材料的原始狀態(tài)和鋼材的退火、正火或調(diào)質(zhì)常用HB。HR有A、B、C3三種。A和C用120度的金剛石正圓錐體作測頭，B用直徑1.588的鋼球作測頭。測

10、量方法都是先用一個(gè)預(yù)壓力將測頭壓在被測材料的表面，再施以主壓力，然后撤除主壓力，測量壓入深度判斷材料的硬度。HV是對(duì)HR的一種改良。因120度的正圓錐體不符合金剛石的晶體結(jié)構(gòu)，不易磨好，所以HV將測頭改為棱圓椎體，頂端可以制作得非常精良。測量方法同HR。HRC常用于測量淬火后硬度。HRA和HV用來測量材料經(jīng)表面熱處理，如氮化、滲碳以后的表面硬度,沖擊功沖擊功Ak沖擊韌性ak工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測定材料抵抗沖擊載荷的能力，即測定沖擊載荷試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak,單位為焦耳（J）。而用試樣缺口處的截面積F去除Ak,可得到材料的沖擊韌度（沖擊值）指標(biāo)，即ak=Ak/F,其單位為kJ/

11、m2或J/cm2。因此，沖擊韌度ak表示材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。ak值的大小表示材料的韌性好壞。一般把a(bǔ)k值低的材料稱為脆性材料，ak值高的材料稱為韌性材料。ak值取決于材料及其狀態(tài)，同時(shí)與試樣的形狀、尺寸有很大關(guān)系。ak值對(duì)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷、顯微組織的變化很敏感，如夾雜物、偏析、氣泡、內(nèi)部裂紋、鋼的回火脆性、晶粒粗化等都會(huì)使ak值明顯降低；同種材料的試樣，缺口越深、越尖銳，缺口處應(yīng)力集中程度越大，越容易變形和斷裂，沖擊功越小，材料表現(xiàn)出來的脆性越高。因此不同類型和尺寸的試樣，其ak或Ak值不能直接比較。材料的ak值隨溫度的降低而減小，且在某一溫度范圍內(nèi)，ak值發(fā)生急劇降低

12、，這種現(xiàn)象稱為冷脆，此溫度范圍稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度（Tk）沖擊韌度指標(biāo)的實(shí)際意義在于揭示材料的變脆傾向。沖擊韌性值akv（u）沖擊吸收功除以試樣缺口處底部橫截面積所得的商。單位為焦耳/厘米2（J/cm2）或公斤力.米/厘米2（Kgf.m/cm2）。計(jì)算公式為：式中：Akv（u）-試樣折斷時(shí)所吸收的功，Kgf.m（J）;S-試樣缺口處底部木It截面面積，cm2。常溫沖擊試驗(yàn)溫度為20i50C;低溫沖擊試驗(yàn)溫度范圍為15-1920C;高溫沖擊試驗(yàn)溫度范圍為3510000C。低溫沖擊試驗(yàn)所用冷卻介質(zhì)一般為無毒、安全、不腐蝕金屬和在試驗(yàn)溫度下不凝固的液體或氣體。如無水乙醇（酒精）、固態(tài)二氧化碳（干冰）或液

13、氮霧化氣（液氮）等。斷面收縮率percentagereductionofarea,reductionofarea材料的塑料性指標(biāo)之一。材料受拉力斷裂時(shí)斷面縮小，斷面縮小的面積與原面積之比值叫斷面收縮率，以小表示。單位為%。斷面收縮率（W）材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。屈服強(qiáng)度yieldstrength,又稱為屈服極限，是材料屈服的臨界應(yīng)力值。（1）對(duì)于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力（屈服值）；（2）對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應(yīng)力-應(yīng)變的直線關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值（通常為0.2%的永久形變）時(shí)的應(yīng)力。通常用作固體材料力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是材料的實(shí)際使用

14、極限。因?yàn)樵趹?yīng)力超過材料屈服極限后產(chǎn)生頸縮，應(yīng)變增大，使材料破壞，不能正常使用。當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，進(jìn)入屈服階段后，變形增加較快，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后，塑性應(yīng)變急劇增加，應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)微小波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度（T或（T0.2）有些鋼材（如高碳鋼）無明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形（0.2%）時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度（yieldstrength）。首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形（

15、外力撤銷后可以恢復(fù)原來形狀）和塑性變形（外力撤銷后不能恢復(fù)原來形狀，形狀發(fā)生變化，伸長或縮短）建筑鋼材以屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)應(yīng)力的依據(jù)。所謂屈服，是指達(dá)到一定的變形應(yīng)力之后，金屬開始從彈性狀態(tài)非均勻的向彈-塑性狀態(tài)過度，它標(biāo)志著宏觀塑性變形的開始。屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：工程上常用的屈服標(biāo)準(zhǔn)有三種：1、比例極限應(yīng)力-應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力，國際上常采用y表示，超過”時(shí)即認(rèn)為材料開始屈服。2、彈性極限試樣加載后再卸載，以不出現(xiàn)殘留的永久變形為標(biāo)準(zhǔn)，材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。國際上通常以ere衷示。應(yīng)力超過be時(shí)即認(rèn)為材料開始屈服。3、屈服強(qiáng)度以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，如通常以0.2%殘留

16、變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，符號(hào)為b0.減erys影響屈服強(qiáng)度的因素：影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)在因素有：-結(jié)合鍵、組織、結(jié)構(gòu)、原子本性。如將金屬的屈服強(qiáng)度與陶瓷、高分子材料比較可看出結(jié)合鍵的影響是根本性的。從組織結(jié)構(gòu)的影響來看，可以有四種強(qiáng)化機(jī)制影響金屬材料的屈服強(qiáng)度，這就是：（1）固溶強(qiáng)化；（2）形變強(qiáng)化；（3）沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化；（4）晶界和亞晶強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化是工業(yè)合金中提高材料屈服強(qiáng)度的最常用的手段。在這幾種強(qiáng)化機(jī)制中，前三種機(jī)制在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，也降低了塑性，只有細(xì)化晶粒和亞晶，既能提高強(qiáng)度又能增加塑性。影響屈服強(qiáng)度的外在因素有：-溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。隨著溫度的降低與應(yīng)變速率的

17、增高，材料的屈服強(qiáng)度升高，尤其是體心立方金屬對(duì)溫度和應(yīng)變速率特別敏感，這導(dǎo)致了鋼的低溫脆化。應(yīng)力狀態(tài)的影響也很重要。雖然屈服強(qiáng)度是反映材料的內(nèi)在性能的一個(gè)本質(zhì)指標(biāo)，但應(yīng)力狀態(tài)不同，屈服強(qiáng)度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強(qiáng)度一般是指在單向拉伸時(shí)的屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度的工程意義-傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，對(duì)塑性材料，以屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力b=oys/窗全系數(shù)n一般取2或更大，對(duì)脆性材料，以抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力打=bb/n安全系數(shù)n一般取6。需要注意的是，按照傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，必然會(huì)導(dǎo)致片面追求材料的高屈服強(qiáng)度，但是隨著材料屈服強(qiáng)度的提高，材料的抗脆斷強(qiáng)度在降低，材料的脆斷危險(xiǎn)性增加了。-屈服強(qiáng)度不僅有直接的使用意義，在工程上也是材料的某些力學(xué)行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強(qiáng)度增高，對(duì)應(yīng)力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強(qiáng)度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強(qiáng)度是材料性能中不可缺少的重要指標(biāo)?？估瓘?qiáng)度（tensilestrength）抗拉強(qiáng)度（6b）指材料在拉