材料屈服強(qiáng)度及其影響因素

屈服強(qiáng)度及其影響因素
1. 屈服標(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)系的高應(yīng)力，上常采用σp表示，超過σp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)殘留的長久變形為標(biāo)準(zhǔn)，材料能夠*彈性恢復(fù)的高應(yīng)力。上通常以σel表示。應(yīng)力超過σel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%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，符號(hào)為σ0.2或σys

2. 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。
3.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[σ]=σys/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[σ]=σb/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*的重要指標(biāo)。材料開始屈服以后，繼續(xù)變形將產(chǎn)生加工硬化.
加工硬化指數(shù)n的實(shí)際意義
加工硬化指數(shù)n反應(yīng)了材料開始屈服以后，繼續(xù)變形時(shí)材料的應(yīng)變硬化情況，它決定了材料開始發(fā)生頸縮時(shí)的大應(yīng)力。n還決定了材料能夠產(chǎn)生的大均勻應(yīng)變量（見1.3.3內(nèi)容），這一數(shù)值在冷加工成型工藝中是很重要的。
對(duì)于工作中的零件，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(huì)產(chǎn)生過量的塑性變形，甚至有局部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(qiáng)度的重要手段。不銹鋼有很大的加工硬化指數(shù)n=0.5，因而也有很高的均勻變形量。不銹鋼的屈服強(qiáng)度不高，但如用冷變形可以成倍地提高。高碳鋼絲經(jīng)過鉛浴等溫處理后拉拔，可以達(dá)到2000MPa以上。但是，傳統(tǒng)的形變強(qiáng)化方法只能使強(qiáng)度提高，而塑性損失了很多。現(xiàn)在研制的一些新材料中，注意到當(dāng)改變了顯微組織和組織的分布時(shí)，變形中既能提高強(qiáng)度又能提高塑性.
抗拉強(qiáng)度在材料不產(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。抗拉強(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(duì)應(yīng)于抗拉強(qiáng)度σb的外載荷，是試樣所能承受的大載荷，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。
材料在靜拉伸時(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，近似地采取：對(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)鋼才具有高的靜力韌度硬度并不是金屬獨(dú)立的基本性能，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'
2. 洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)
洛氏硬度試驗(yàn)避免了布氏硬度試驗(yàn)所存在的缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是：
1)因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問題；
2)壓痕小，不傷工件表面；
3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，生產(chǎn)效率高，適用于大量生產(chǎn)中的成品檢驗(yàn)。
缺點(diǎn)是：用不同硬度級(jí)測得的硬度值無法統(tǒng)一起來，無法進(jìn)行比較。