屈服强度的工程意义

1、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，规定许用应力打=ays/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b=bb/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。通常采用试验机来测试屈服强

2、度。抗拉强度的意义：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，但它表示了材料在材料试验机进行的静拉伸条件下的极限承载能力。对应于抗拉强度bb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。弹性模量的意义：弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需

3、要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。静力韧度的意义：材料在用试验机进行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。一般硬度计进行硬度测试。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。现在这些表征力学性能的量都可以通过材料试验机进行试验直

4、接得出结果的。比如我们澳珂仪器网站上就有万能材料试验机，液压万能试验机等可以测试这些力学性能的材料试验设备。但是，各种力学性能测试根据不同的标准，不同的试验机得出的数据有所差异。因而在选购试验机的时候要特别注意听专家的意见。应该提供试验规程或标准并获取相应的技术方案较为稳妥。金属材料的硬度含义金属材料的硬度含义（如HBS,HB,HR,HK,HRA,HRB,HRC等）HBS（布氏硬度）是硬度指标。布氏硬度是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值，它不适用于测定硬度较高的材料。布氏硬度=F（载荷）/A凹（压痕球形表面积）金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。根据试验方法和适用范围不同，

5、硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。A、布氏硬度（HB）用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2（MPa）。其计算公式为：式中：F-压入金属试样表面的试验力，N;D-试验用钢千直径，mm;d-压痕平均直径，mm。测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa）以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏

6、硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。举仞120HBS10/1000/30:表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/mm2（MPa）。B、洛氏硬度（HK）洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。即，在初邕试验力（Fo）及总试验力（F）的先后作用下，将压头（金钢厂圆锥体或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量（e）计算硬度值。其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常

7、用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C,即HRA、HRB、HRC。硬度值用下式计算：当用A和C标尺试3时，HR=100-e当用B标尺试3时，HR=130-e式中e-残余压痕深度增量，其什系以规定单位0.002mm表示，即当压头轴向位移一个单位（0.002mm）时,即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。上述三个标尺适用范围如下：HRA（金刚石圆锥压头）20-88HRC（金刚石圆锥压头）20-70HRB（直径1.588mm钢球压头）20-100洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，

8、它弥补了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。C、维氏硬度(HV)维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力(F)压入试验表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度。维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商，其计算公式为：式中：HV-维氏硬度符号，N/mm2(MPa);F-试验力，N;d-压痕两对角线的算术平均值，mm。维氏硬度采用的试验力F为5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)、100(980.7)K

9、gf(N)等六级，可测硬度值范围为51000HV。表示方法举例：640HV30/20表示用30Hgf(294.2N)试验力保持20S(秒)测定的维氏硬度值为640N/mm2(MPa)。维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点，而克服了它们的基本缺点，但不如洛氏法简便。维氏法在钢管标准中很少用。HB是用一定的力将一定直径(2.5、5、10)的钢球压向被测材料的表面，然后测量被测材料表面钢球压痕的直径以判断材料的硬度。材料的原始状态和钢材的退火、正火或调质常用HB。HR有A、B、C3三种。A和C用120度的金刚石正圆锥体作测头，B用直径1.588的钢球作测头。测

10、量方法都是先用一个预压力将测头压在被测材料的表面，再施以主压力，然后撤除主压力，测量压入深度判断材料的硬度。HV是对HR的一种改良。因120度的正圆锥体不符合金刚石的晶体结构，不易磨好，所以HV将测头改为棱圆椎体，顶端可以制作得非常精良。测量方法同HR。HRC常用于测量淬火后硬度。HRA和HV用来测量材料经表面热处理，如氮化、渗碳以后的表面硬度,冲击功冲击功Ak冲击韧性ak工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak,单位为焦耳（J）。而用试样缺口处的截面积F去除Ak,可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即ak=Ak/F,其单位为kJ/

11、m2或J/cm2。因此，冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。ak值的大小表示材料的韧性好坏。一般把ak值低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材料。ak值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺寸有很大关系。ak值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使ak值明显降低；同种材料的试样，缺口越深、越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，冲击功越小，材料表现出来的脆性越高。因此不同类型和尺寸的试样，其ak或Ak值不能直接比较。材料的ak值随温度的降低而减小，且在某一温度范围内，ak值发生急剧降低

12、，这种现象称为冷脆，此温度范围称为韧脆转变温度（Tk）冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。冲击韧性值akv（u）冲击吸收功除以试样缺口处底部横截面积所得的商。单位为焦耳/厘米2（J/cm2）或公斤力.米/厘米2（Kgf.m/cm2）。计算公式为：式中：Akv（u）-试样折断时所吸收的功，Kgf.m（J）;S-试样缺口处底部木It截面面积，cm2。常温冲击试验温度为20i50C;低温冲击试验温度范围为15-1920C;高温冲击试验温度范围为3510000C。低温冲击试验所用冷却介质一般为无毒、安全、不腐蚀金属和在试验温度下不凝固的液体或气体。如无水乙醇（酒精）、固态二氧化碳（干冰）或液

13、氮雾化气（液氮）等。断面收缩率percentagereductionofarea,reductionofarea材料的塑料性指标之一。材料受拉力断裂时断面缩小，断面缩小的面积与原面积之比值叫断面收缩率，以小表示。单位为%。断面收缩率（W）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。屈服强度yieldstrength,又称为屈服极限，是材料屈服的临界应力值。（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的永久形变）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用

14、极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩，应变增大，使材料破坏，不能正常使用。当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度（T或（T0.2）有些钢材（如高碳钢）无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形（0.2%）时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yieldstrength）。首先解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形（

15、外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）建筑钢材以屈服强度作为设计应力的依据。所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，金属开始从弹性状态非均匀的向弹-塑性状态过度，它标志着宏观塑性变形的开始。屈服强度标准：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y表示，超过”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ere衷示。应力超过be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

16、变形的应力作为屈服强度，符号为b0.减erys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

17、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b=oys/窗全系数n一般取2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力打=bb/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。抗拉强度（tensilestrength）抗拉强度（6b）指材料在拉