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材料屈服強度及其影響因素

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屈服強度及其影響因素
1. 屈服標準
工程上常用的屈服標準有三種▩•↟:
(1)比例極限 應力-應變曲線上符合線性關係的高應力◕✘·▩₪,上常採用σp表示◕✘·▩₪,超過σp時即認為材料開始屈服↟◕·。
(2)彈性極限 試樣載入後再解除安裝◕✘·▩₪,以不出現殘留的長久變形為標準◕✘·▩₪,材料能夠*彈性恢復的高應力↟◕·。上通常以σel表示↟◕·。應力超過σel時即認為材料開始屈服↟◕·。
(3)屈服強度 以規定發生一定的殘留變形為標準◕✘·▩₪,如通常以0.2%殘留變形的應力作為屈服強度◕✘·▩₪,符號為σ0.2或σys

2. 影響屈服強度的因素
影響屈服強度的內在因素有▩•↟:結合鍵▩•▩✘•、組織▩•▩✘•、結構▩•▩✘•、原子本性↟◕·。如將金屬的屈服強度與陶瓷▩•▩✘•、高分子材料比較可看出結合鍵的影響是根本性的↟◕·。從組織結構的影響來看◕✘·▩₪,可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度◕✘·▩₪,這就是▩•↟:(1)固溶強化;(2)形變強化;(3)沉澱強化和彌散強化;(4)晶界和亞晶強化↟◕·。沉澱強化和細晶強化是工業合金中提高材料屈服強度的常用的手段↟◕·。在這幾種強化機制中◕✘·▩₪,前三種機制在提高材料強度的同時◕✘·▩₪,也降低了塑性◕✘·▩₪,只有細化晶粒和亞晶◕✘·▩₪,既能提高強度又能增加塑性↟◕·。
影響屈服強度的外在因素有▩•↟:溫度▩•▩✘•、應變速率▩•▩✘•、應力狀態↟◕·。隨著溫度的降低與應變速率的增高,材料的屈服強度升高◕✘·▩₪,尤其是體心立方金屬對溫度和應變速率特別敏感◕✘·▩₪,這導致了鋼的低溫脆化↟◕·。應力狀態的影響也很重要↟◕·。雖然屈服強度是反映材料的內在效能的一個本質指標◕✘·▩₪,但應力狀態不同◕✘·▩₪,屈服強度值也不同↟◕·。我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度↟◕·。
3.屈服強度的工程意義
傳統的強度設計方法◕✘·▩₪,對塑性材料◕✘·▩₪,以屈服強度為標準◕✘·▩₪,規定許用應力[σ]=σys/n◕✘·▩₪,安全係數n一般取2或更大◕✘·▩₪,對脆性材料◕✘·▩₪,以抗拉強度為標準◕✘·▩₪,規定許用應力[σ]=σb/n◕✘·▩₪,安全係數n一般取6↟◕·。
需要注意的是◕✘·▩₪,按照傳統的強度設計方法◕✘·▩₪,必然會導致片面追求材料的高屈服強度◕✘·▩₪,但是隨著材料屈服強度的提高◕✘·▩₪,材料的抗脆斷強度在降低◕✘·▩₪,材料的脆斷危險性增加了↟◕·。
屈服強度不僅有直接的使用意義◕✘·▩₪,在工程上也是材料的某些力學行為和工藝效能的大致度量↟◕·。例如材料屈服強度增高◕✘·▩₪,對應力腐蝕和氫脆就敏感;材料屈服強度低◕✘·▩₪,冷加工成型效能和焊接效能就好等等↟◕·。因此◕✘·▩₪,屈服強度是材料效能中*的重要指標↟◕·。材料開始屈服以後◕✘·▩₪,繼續變形將產生加工硬化.
加工硬化指數n的實際意義
加工硬化指數n反應了材料開始屈服以後◕✘·▩₪,繼續變形時材料的應變硬化情況◕✘·▩₪,它決定了材料開始發生頸縮時的大應力↟◕·。n還決定了材料能夠產生的大均勻應變數(見1.3.3內容)◕✘·▩₪,這一數值在冷加工成型工藝中是很重要的↟◕·。
對於工作中的零件◕✘·▩₪,也要求材料有一定的加工硬化能力◕✘·▩₪,否則◕✘·▩₪,在偶然過載的情況下◕✘·▩₪,會產生過量的塑性變形◕✘·▩₪,甚至有區域性的不均勻變形或斷裂◕✘·▩₪,因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保證↟◕·。
G形變硬化是提高材料強度的重要手段↟◕·。不鏽鋼有很大的加工硬化指數n=0.5◕✘·▩₪,因而也有很高的均勻變形量↟◕·。不鏽鋼的屈服強度不高◕✘·▩₪,但如用冷變形可以成倍地提高↟◕·。高碳鋼絲經過鉛浴等溫處理後拉拔◕✘·▩₪,可以達到2000MPa以上↟◕·。但是◕✘·▩₪,傳統的形變強化方法只能使強度提高◕✘·▩₪,而塑性損失了很多↟◕·。現在研製的一些新材料中◕✘·▩₪,注意到當改變了顯微組織和組織的分佈時◕✘·▩₪,變形中既能提高強度又能提高塑性.
抗拉強度在材料不產生頸縮時抗拉強度代表斷裂抗力↟◕·。脆性材料用於產品設計時◕✘·▩₪,其許用應力是以抗拉強度為依據的↟◕·。抗拉強度對一般的塑性材料有什麼意義呢•╃▩?雖然抗拉強度只代表產生大均勻塑性變形抗力◕✘·▩₪,但它表示了材料在靜拉伸條件下的極限承載能力↟◕·。對應於抗拉強度σb的外載荷◕✘·▩₪,是試樣所能承受的大載荷◕✘·▩₪,儘管此後頸縮在不斷髮展◕✘·▩₪,實際應力在不斷增加◕✘·▩₪,但外載荷卻是在很快下降的↟◕·。
材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度↟◕·。嚴格的說◕✘·▩₪,它應該是真應力-應變曲線下所包圍的面積也就是工程上為了簡化方便◕✘·▩₪,近似地採取▩•↟:對塑性材料靜力韌度是一個強度與塑性的綜合指標↟◕·。單純的高強度材料象彈簧鋼◕✘·▩₪,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◕✘·▩₪,只有經淬火高溫回火的中碳(合金)結構鋼才具有高的靜力韌度硬度並不是金屬獨立的基本效能◕✘·▩₪,它是指金屬在表面上的不大體積內抵抗變形或者破裂的能力'
2. 洛氏硬度試驗的優缺點
洛氏硬度試驗避免了布氏硬度試驗所存在的缺點↟◕·。它的優點是▩•↟:
1)因有硬質▩•▩✘•、軟質兩種壓頭◕✘·▩₪,故適於各種不同硬質材料的檢驗◕✘·▩₪,不存在壓頭變形問題;
2)壓痕小◕✘·▩₪,不傷工件表面;
3)操作迅速◕✘·▩₪,立即得出資料◕✘·▩₪,生產效率高◕✘·▩₪,適用於大量生產中的成品檢驗↟◕·。
缺點是▩•↟:用不同硬度級測得的硬度值無法統一起來◕✘·▩₪,無法進行比較↟◕·。

 

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