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(xiàn)上符合線(xiàn)性關(guān)系的高應力，上常采用σp表示，超過(guò)σp時(shí)即認為材料開(kāi)始屈服。
(2)彈性極限 試樣加載后再卸載，以不出現殘留的長(cháng)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(guò)σel時(shí)即認為材料開(kāi)始屈服。
(3)屈服強度 以規定發(fā)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(lái)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(shí)，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(tài)。隨著(zhù)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(tài)的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內在性能的一個(gè)本質(zhì)指標，但應力狀態(tài)不同，屈服強度值也不同。我們通常所說(shuō)的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時(shí)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，安全系數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，安全系數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(huì )導致片面追求材料的高屈服強度，但是隨著(zhù)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。材料開(kāi)始屈服以后，繼續變形將產(chǎn)生加工硬化.
加工硬化指數n的實(shí)際意義
加工硬化指數n反應了材料開(kāi)始屈服以后，繼續變形時(shí)材料的應變硬化情況，它決定了材料開(kāi)始發(fā)生頸縮時(shí)的大應力。n還決定了材料能夠產(chǎn)生的大均勻應變量（見(jiàn)1.3.3內容），這一數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(guò)載的情況下，會(huì )產(chǎn)生過(guò)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(guò)鉛浴等溫處理后拉拔，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?，F在研制的一些新材料中，注意到當改變了顯微組織和組織的分布時(shí)，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(shí)抗拉強度代表斷裂抗力。脆性材料用于產(chǎn)品設計時(shí)，其許用應力是以抗拉強度為依據的?？估瓘姸葘σ话愕乃苄圆牧嫌惺裁匆饬x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(shí)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(shí)單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。嚴格的說(shuō)，它應該是真應力-應變曲線(xiàn)下所包圍的面積也就是工程上為了簡(jiǎn)化方便，近似地采?。簩λ苄圆牧响o力韌度是一個(gè)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(méi)有高的靜力韌度，只有經(jīng)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抵抗變形或者破裂的能力'
2. 洛氏硬度試驗的優(yōu)缺點(diǎn)
洛氏硬度試驗避免了布氏硬度試驗所存在的缺點(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，不存在壓頭變形問(wèn)題；
2)壓痕小，不傷工件表面；
3)操作迅速，立即得出數據，生產(chǎn)效率高，適用于大量生產(chǎn)中的成品檢驗。
缺點(diǎn)是：用不同硬度級測得的硬度值無(wú)法統一起來(lái)，無(wú)法進(jìn)行比較。