材料屈服強度及其影響因素

屈服強度及其影響因素
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時即認為材料開始屈服。
(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時即認為材料開始屈服。
(3)屈服強度 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(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)沉淀強化和彌散強化；(4)晶界和亞晶強化。沉淀強化和細晶強化是工業(yè)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(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,材料的屈服強度升高，尤其是體心立方金屬對溫度和應(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。雖然屈服強度是反映材料的內(nèi)在性能的一個本質(zhì)指標(biāo)，但應(yīng)力狀態(tài)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(tǒng)的強度設(shè)計方法，對塑性材料，以屈服強度為標(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，對脆性材料，以抗拉強度為標(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)的強度設(shè)計方法，必然會導(dǎo)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(xué)行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強度增高，對應(yīng)力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強度是材料性能中*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)變形時材料的應(yīng)變硬化情況，它決定了材料開始發(fā)生頸縮時的大應(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，可以達到2000MPa以上。但是，傳統(tǒng)的形變強化方法只能使強度提高，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，變形中既能提高強度又能提高塑性.
抗拉強度在材料不產(chǎn)生頸縮時抗拉強度代表斷裂抗力。脆性材料用于產(chǎn)品設(shè)計時，其許用應(yīng)力是以抗拉強度為依據(jù)的。抗拉強度對一般的塑性材料有什么意義呢？雖然抗拉強度只代表產(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。對應(yīng)于抗拉強度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：對塑性材料靜力韌度是一個強度與塑性的綜合指標(biāo)。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(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. 洛氏硬度試驗的優(yōu)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(yōu)點是：
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，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。
缺點是：用不同硬度級測得的硬度值無法統(tǒng)一起來，無法進行比較。