屈服强度与抗拉强度解析:材料破坏原理及拉伸试验详解

   日期:2025-01-23     来源:网络整理    作者:二手钢材网    浏览:418    评论:0    
核心提示:屈强比越大,表明钢材屈服强度和抗拉强度的差值越小,钢材的塑性越差,脆性就越大!

因此,极限拉伸载荷与实验材料横截面积的比值就是拉伸强度。拉伸强度是材料单位面积所能承受的外力的极限。超过这个限度,材料就会被解离破坏。

那么什么是屈服强度呢?屈服强度仅针对弹性材料;非弹性材料没有屈服强度。例如,各种金属材料、塑料、橡胶等,都具有弹性和屈服强度。玻璃、陶瓷、砖石等一般都是无弹性的。此类材料即使具有弹性,也是微乎其微的,因此不存在屈服强度。

弹性材料承受持续且不断增加的外力直至断裂。发生了哪些变化?

首先,材料在外力作用下发生弹性变形,遵循胡克定律。什么是弹性变形?即当外力去除后,材料将恢复到原来的尺寸和形状。当外力继续增大并达到一定值时,材料将进入塑性变形期。材料一旦进入塑性变形,受到外力作用就无法恢复材料原来的尺寸和形状!而引起两次变形的临界点处的强度就是材料的屈服强度!与所施加的拉力相对应,该临界点的拉力值称为屈服点。从晶体角度来看,只有当拉力超过屈服点时,材料的晶体键才开始被破坏!材料的破坏是从屈服点开始的,而不是从断裂时开始的!

常用钢材抗拉强度对照表_钢材强度抗拉值计算公式_钢材抗拉强度值

弄清楚这两个强度从何而来后,可以正确地说,屈服强度高的材料可以承受更大的破坏力。

钢材强度抗拉值计算公式_常用钢材抗拉强度对照表_钢材抗拉强度值

但我想说的是,无论是哪一种强度,仅以一个为例并不能说明该材料是否安全、是否坚固!

这里只说钢铁,不说别的。还有一个关于屈服强度和抗拉强度的参数。可能没有多少人知道这件事。可能更少人知道它起到什么作用。这个参数就是曲强比!屈服强度比是屈服强度与抗拉强度的比值。范围在0~1之间。屈强比是衡量钢材脆性的指标之一。屈强比越大,钢材的屈服强度与抗拉强度之差越小,钢材的塑性越差,脆性越大!

钢材抗拉强度值_钢材强度抗拉值计算公式_常用钢材抗拉强度对照表

我为什么这么说呢?这里引入一个新的指标——伸长率。通俗地说,就是钢材被拉开后相对于原来的长度拉伸了多少。这是检验钢材塑性的重要指标。该值越大,钢材的延展性越好。正如我上面所说,当钢材被拉伸超过屈服点时,钢材就不再可能恢复到原来的尺寸。钢材将继续被拉伸直至断裂。屈服强度比越大钢材抗拉强度值,屈服强度与抗拉强度之差越小。那么,如果加载速率不变,钢材拉伸的时间越短,伸长率越低。

有点罗嗦了!咱们进入正题吧!

根据能量守恒定律,能量只能进行转换或转移。当钢材被拉伸时,它归结为能量的转换和吸收。在屈服点之前,钢材处于弹性变形阶段,外部拉力几乎完全被弹力(转化为弹性势能)抵消。吸收或转化的外部能量不多,只有少量转化为热能。当超过屈服点时,外力的一部分被弹力抵消(转化为弹性势能),一部分转化为热能。作用在钢材上的外力的能量主要在塑性变形期间被吸收!

我上面提到材料失效始于屈服点。屈强比越低,材料从失效到断裂所需的时间越长;屈强比越高,材料断裂所需的时间越短。在屈服点和断裂点之间,能量大部分转化为热量。

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因此,简单来说,如果屈服强度或抗拉强度高,那么材料一定更好或更安全。未必!只有屈服强度高、屈强比低的钢材才更安全!不幸的是,这种钢材的成本太高,不太可能用于民用车辆。

如今,钢材除了强度之外,另一个重要指标就是韧性!到目前为止,我还没有看到任何车企描述所用钢材的韧性!基本上,他们夸大了钢铁的强度!相反,大多数情况下,提高钢材的强度往往会降低钢材的韧性!降低韧性意味着增加脆性!钢材的韧性是关系钢材安全的重要指标。

有一个指标可能被车企有意无意地遗忘了——冲击韧性或冲击能量。

同样的力量,推你和打你,哪一个对你伤害更大?答案是显而易见的!钢材的抗冲击能力是关系到安全的重要因素!我从来没有见过那种慢慢用力直到车坏掉的车祸吧?这一切都是瞬间的影响!如果你不能承受瞬间的力量,你的抗拉强度有什么用呢?

常用钢材抗拉强度对照表_钢材抗拉强度值_钢材强度抗拉值计算公式

从目前已开发的钢材来看,大部分抗拉强度都大于屈服强度。超过屈服强度并不难,比如40Cr这种常见的“万能钢”(基本上什么都能用)。 ,一般调制工艺的屈服强度也可以接近、并高于抗拉强度。

但平衡三者比较困难,高产、高延伸、抗冲击性好!

几乎所有的钢材都存在同样的问题,那就是在提高钢材强度的同时,也降低了钢材的抗冲击能力!例如10.9级高强螺栓,其抗拉强度为1040-,表示合格钢材抗拉强度值,屈服强度大于10%,伸长率大于10%,冲击韧性为59J/CM2;而同材质的8.8级高强螺栓(低一级),其抗拉强度为830-为合格,屈服强度大于,伸长率大于12%,冲击韧性为78J/ CM2。

因此,对于大多数金属材料来说,在提高某些技术性能指标的同时,是以降低某些技术性能指标为代价来实现的。它无法平衡。钢铁工业是人类最成熟的工业技术之一,没有太多秘密。钢材的技术指标并不是越高越好,也不是越低越好,而是应将指标调整到能兼顾需要的范围。对于我们行业的人来说,除了结构问题(指产品缺陷)之外,钢材的技术指标没有好坏之分,全看你用在哪里。只是我用错了地方,而不是用错了东西。

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