關鍵詞：金屬強度，金屬塑性，304不銹鋼棒，440C不銹鋼棒

金屬材料的“強度”和“塑性”

先來名詞解釋：

強度	在外力作用下，材料抵抗變形和 斷裂的能力稱為強度。按外力作 用方式不同，可分為抗拉強度、 抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度 和抗扭強度等，其中以抗拉強度 最為常用。當材料承受拉力時， 強度主要是指屈服強度σｓ和抗 拉強度σｂ。
塑性 （彈性）	材料受到外力作用會產生變形。 當外力撤除，產生的變形能恢復 原狀，這種能力稱為彈性；當外 力撤除，產生的變形不能恢復至 原狀，這種產生永久變形而不斷 裂的性能稱為塑性。

 

要理解上面的名詞，必須來了解金屬材料受到外界的“暴力”后究竟發生了什么：

第一階段：彈性變形(elastic deformation)；

第二階段：塑性變形(plastic deformation)；

第三階段：斷裂(fracture)。

 

這種受到外力后產生變形最后斷裂的過程可以用應力-應變曲線圖來形象表示。典型的低碳鋼拉伸試驗的曲線圖如下：

拉伸試驗是指將一定形狀和尺寸的標準試樣裝夾在拉伸試驗機上，緩慢地進行拉伸，使試樣承受軸向拉力，直至拉斷為止。試驗機自動記錄裝置可將整個拉伸過程中的拉伸力和伸長量自動記錄下來——即應力-應變曲線圖。

 

從曲線圖中可以看到：

當拉伸力由零逐漸增加到Fe時（即曲線上OE段），試樣的伸長量與拉伸力成正比例增加，試樣隨拉伸力的增大而均勻伸長，此時若去除拉伸力，試樣能完全恢復到原來的形狀和尺寸，即試樣處于彈性變形階段。

 

當拉伸力超過Fe后，試樣除產生彈性變形外，還開始出現微量的塑性變形。

 

當拉伸力增大到Fs時，曲線上出現水平（或鋸齒形）線段，即表示拉伸力不增加，試樣卻繼續伸長，稱此現象為“屈服”。

拉伸力超過Fs后，試樣產生大量的塑性變形，直到****拉伸力為Fb時，試樣橫截面發生局部收縮，即產生“縮頸”。

此后，試樣的變形局限在縮頸部分，承受的拉伸力迅速減小，直至拉斷試樣（曲線K點）。

用我們的眼睛來看，304不銹鋼棒試樣是這樣變化的：

 

是不是有點眼熟？沒錯，拉斷一根面條或拉斷一根細鐵絲，發生的故事和拉伸試驗差不了多少。拉伸試驗機的好處是把這個過程的力和變形準確地動態記錄下來了。這些數據可以用來計算強度和塑性的大小。

強度的計算

304不銹鋼棒和440C不銹鋼棒這類金屬的強度是用應力來度量的。單位截面上的內力稱為應力，用符號σ（音：西格瑪）表示。內力是指材料受外力作用發生變形時，內部產生阻止變形的抗力。

常用的強度判據有：彈性極限、屈服強度和抗拉強度。

 

⑴彈性極限

彈性極限是指試樣產生完全彈性變形時所能承受的****應力，用符號σe表示，單位為MPa。

計算式：σe=Fe / A0

Fe：試樣產生完全彈性變形時的****拉伸力，N；

A0：試樣原始橫截面積，mm2。

 

⑵屈服強度

屈服強度是指試樣在拉伸過程中，力不增加（保持恒定）仍能繼續伸長（變形）時的應力，用符號σs表示，單位為MPa。

σs=Fs / A0

Fs：試樣產生屈服時的拉伸力，N。

 

有些材料（如高碳鋼）在拉伸時沒有明顯的屈服現象，無法測定σs 。因此人們又規定，以試樣去掉拉伸力后，其標距部分的殘余伸長量達到規定原始標距長度0.2%時的應力，為該材料的條件屈服強度，用符號σr0.2表示，通常記作σ0.2。

 

σs和σ0.2是表示材料抵抗微量塑性變形的能力。零件工作時一般不允許產生塑性變形。因此，σs是設計和選材時的主要參數。

 

⑶抗拉強度

抗拉強度是指試樣被拉斷前所能承受的****拉應力，用符號σb表示，單位為MPa。

σb=Fb / A0

Fb：試樣被拉斷前的****拉伸力，N。

 

σb表征材料對****均勻塑性變形的抗力。σs與σb的比值稱為屈強比，屈強比越小，零件工作時的可靠性越高，因為若超載也不會立即斷裂。但屈強比太小，材料強度的有效利用率降低。σb也是設計和選材時的主要參數。

 

塑性的計算

塑性是指斷裂前材料發生不可逆塑性變形的能力。

 

常用的判據有斷后伸長率和斷面收縮率。

 

⑴斷后伸長率

斷后伸長率是指試樣被拉斷后，標距的伸長量與原始標距的百分比，用符號δ（音：德爾塔）表示。

δ=(lk-l0)/l0×100%

l0：試樣原始標距長度，mm；

lk：試樣被拉斷后的標距長度，mm。

 

長試樣的斷后伸長率用符號δ10表示，通常寫成δ；短試樣的斷后伸長率用符號δ5表示。同種材料的δ5>δ10，但不能直接比較。

 

⑵斷面收縮率

斷面收縮率是指試樣被拉斷后，縮頸處橫截面積的****縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號ψ（音：普西）表示。

ψ=(A0-Ak)/A0×100%

Ak：試樣被拉斷處的橫截面積，mm2。

 

斷面收縮率不受試樣尺寸的影響，因此能較準確地反映出材料的塑性。

 

一般δ或ψ值越大，材料塑性越好。塑性好的材料可用軋制、鍛造、沖壓等方法加工成形。另外，塑性好的零件在工作時若超載，也可因其塑性變形而避免突然斷裂，提高了工作安全性。

 

怎么樣，強度和塑性的概念是不是清晰很多？

 

下面來說說符號的問題。《金屬材料 室溫拉伸試驗方法》的國標是GB/T 228，上面的符號其實是出自1987版，2002年版本已經跟國際接軌，符號也隨著更新，但在高校的教學或實際的制造生產中，仍或有習慣沿用，并沒有完全改過來。

新舊符號對照表

GB/T  228-1987		GB/T  228-2002
屈服點	σs	屈服強度	Re
上屈服點	σsU	上屈服強度	ReH
下屈服點	σsL	下屈服強度	ReL
抗拉強度	σb	抗拉強度	Rm
斷后伸長率	δ	斷后伸長率	A
斷面收縮率	ψ	斷面收縮率	Z

 

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