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名词解释什么叫屈服强度|抗拉强度|硬化指数|它们的表示单位是什么?
作者:消磁钢管    来源:www.dwggs.com    点击数:   更新时间:2011年09月23 【字体: 】 

 

名词解释什么叫屈服强度|抗拉强度|硬化指数|它们的表示单位是什么?

1. 屈服标准

工程上常用的屈服标准有三种:
  (1)比例极限  应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力,国际上常采用σp表示,超过σp时即认为材料开始屈服。
  (2)弹性极限  试样加载后再卸载,以不出现残留的永久变形为标准,材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以σel表示。应力超过σel时即认为材料开始屈服。
  (3)屈服强度  以规定发生一定的残留变形为标准,如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度,符号为σ0.2或σys。
 
2. 影响屈服强度的因素
影响屈服强度的内在因素有:
结合键、组织、结构、原子本性。如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看,可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度,这就是:(1)固溶强化;
(2)形变强化;
(3)沉淀强化和弥散强化;
(4)晶界和亚晶强化。
沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中,前三种机制在提高材料强度的同时,也降低了塑性,只有细化晶粒和亚晶,既能提高强度又能增加塑性。
影响屈服强度的外在因素有:
温度、应变速率、应力状态。随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高,尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感,这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标,但应力状态不同,屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。
 
3.屈服强度的工程意义
传统的强度设计方法,对塑性材料,以屈服强度为标准,规定许用应力[σ]=σys/n,安全系数n一般取2或更大,对脆性材料,以抗拉强度为标准,规定许用应力[σ]=σb/n,安全系数n一般取6。
  需要注意的是,按照传统的强度设计方法,必然会导致片面追求材料的高屈服强度,但是随着材料屈服强度的提高,材料的抗脆断强度在降低,材料的脆断危险性增加了。
屈服强度不仅有直接的使用意义,在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高,对应力腐蚀和氢脆就敏感;材料屈服强度低,冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此,屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。
材料开始屈服以后,继续变形将产生加工硬化。
 
4.加工硬化指数n的实际意义
  加工硬化指数n反应了材料开始屈服以后,继续变形时材料的应变硬化情况,它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。n还决定了材料能够产生的最大均匀应变量,这一数值在冷加工成型工艺中是很重要的。
  对于工作中的零件,也要求材料有一定的加工硬化能力,否则,在偶然过载的情况下,会产生过量的塑性变形,甚至有局部的不均匀变形或断裂,因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保证。
  形变硬化是提高材料强度的重要手段。不锈钢有很大的加工硬化指数n=0.5,因而也有很高的均匀变形量。不锈钢的屈服强度不高,但如用冷变形可以成倍地提高。高碳钢丝经过铅浴等温处理后拉拔,可以达到2000MPa以上。但是,传统的形变强化方法只能使强度提高,而塑性损失了很多。现在研制的一些新材料中,注意到当改变了显微组织和组织的分布时,变形中既能提高强度又能提高塑性。
 
5.抗拉强度
  在材料不产生颈缩时抗拉强度代表断裂抗力。脆性材料用于产品设计时,其许用应力是以抗拉强度为依据的。抗拉强度对一般的塑性材料有什么意义呢?虽然抗拉强度只代表产生最大均匀塑性变形抗力,但它表示了材料在静拉伸条件下的极限承载能力。对应于抗拉强度σb的外载荷,是试样所能承受的最大载荷,尽管此后颈缩在不断发展,实际应力在不断增加,但外载荷却是在很快下降的。

材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。严格的说,它应该是真应力-应变曲线下所包围的面积也就是工程上为了简化方便,近似地采取:对塑性材料静力韧度是一个强度与塑性的综合指标。单纯的高强度材料象弹簧钢,其静力韧度不高,而只具有很好塑性的低碳钢也没有高的静力韧度,只有经淬火高温回火的中碳(合金)结构钢才具有最高的静力韧度。硬度并不是金属独立的基本性能,它是指金属在表面上的不大体积内抵抗变形或者破裂的能力。  抗拉强度( бb )也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。
  当钢材屈服到一定程度后,由于内部晶粒重新排列,其抵抗变形能力又重新提高,此时变形虽然发展很快,但却只能随着应力的提高而提高,直至应力达最大值。此后,钢材抵抗变形的能力明显降低,并在最薄弱处发生较大的塑性变形,此处试件截面迅速缩小,出现颈缩现象,直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。
  单位:kn/mm2(单位面积承受的公斤力)
  抗拉强度:extensional rigidity.
  抗拉强度=Eh,其中E为杨氏模量,h为材料厚度 

1.屈服点(σs)
钢材或试样在拉伸时,当应力超过弹性极限,即使应力不再增加,而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形,称此现象为屈服,而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
设Ps为屈服点s处的外力,Fo为试样断面积,则屈服点σs =Ps/Fo(MPa),MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2,(MPa=106Pa,Pa:帕斯卡=N/m2)
2.屈服强度(σ0.2)
有的金属材料的屈服点极不明显,在测量上有困难,因此为了衡量材料的屈服特性,规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力,称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。
3.抗拉强度(σb)
材料在拉伸过程中,从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。
设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力,Fo为试样截面面积,则抗拉强度σb= Pb/Fo (MPa)。
4.伸长率(δs)
材料在拉断后,其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
5.屈强比(σs/σb)
钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值,称为屈强比。屈强比越大,结构零件的可靠性越高,一般碳素钢屈强比为0.6-0.65,低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。
6.硬度
硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
⑴布氏硬度(HB)
以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
⑵洛氏硬度(HR)
当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个支持角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:
HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。
HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。
HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
⑶维氏硬度(HV)
以120kg以内的载荷和支持角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度值(HV)

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