什么是屈服強(qiáng)度?
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(1)對(duì)于屈服現(xiàn)象明顯的材料,屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力(屈服值);(2)對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料,與應(yīng)力-應(yīng)變的直線關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值(通常為0.2%的永久形變)時(shí)的應(yīng)力。通常用作固體材料力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo),是材料的實(shí)際使用極限。因?yàn)樵趹?yīng)力超過材料屈服極限后產(chǎn)生頸縮,應(yīng)變?cè)龃,使材料破壞,不能正常使用?BR> 當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后,進(jìn)入屈服階段后,變形增加較快,此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外,還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后,塑性應(yīng)變急劇增加,應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)微小波動(dòng),這種現(xiàn)象稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定,因此以它作為材料抗力的指標(biāo),稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度(σs或σ0.2)。
有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現(xiàn)象,通常以發(fā)生微量的塑性變形(0.2%)時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度,稱為條件屈服強(qiáng)度(yield strength)。
首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形(外力撤銷后可以恢復(fù)原來形狀)和塑性變形(外力撤銷后不能恢復(fù)原來形狀,形狀發(fā)生變化,伸長或縮短)
建筑鋼材以 屈服強(qiáng)度 作為設(shè)計(jì)應(yīng)力的依據(jù)。
所謂屈服,是指達(dá)到一定的變形應(yīng)力之后,金屬開始從彈性狀態(tài)非均勻的向彈-塑性狀態(tài)過度,它標(biāo)志著宏觀塑性變形的開始。
屈服強(qiáng)度標(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)系的最高應(yīng)力,國際上常采用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)殘留的永久變形為標(biāo)準(zhǔn),材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。國際上通常以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。
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)度的最常用的手段。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
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)度是材料性能中不可缺少的重要指標(biāo)。
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