關(guān)鍵詞：金屬強(qiáng)度，金屬塑性，304不銹鋼棒，440C不銹鋼棒

金屬材料的“強(qiáng)度”和“塑性”

先來名詞解釋：

強(qiáng)度	在外力作用下，材料抵抗變形和 斷裂的能力稱為強(qiáng)度。按外力作 用方式不同，可分為抗拉強(qiáng)度、 抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度 和抗扭強(qiáng)度等，其中以抗拉強(qiáng)度 最為常用。當(dāng)材料承受拉力時(shí)， 強(qiáng)度主要是指屈服強(qiáng)度σｓ和抗 拉強(qiáng)度σｂ。
塑性 （彈性）	材料受到外力作用會(huì)產(chǎn)生變形。 當(dāng)外力撤除，產(chǎn)生的變形能恢復(fù) 原狀，這種能力稱為彈性；當(dāng)外 力撤除，產(chǎn)生的變形不能恢復(fù)至 原狀，這種產(chǎn)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(fā)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(chǎn)生變形最后斷裂的過程可以用應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖來形象表示。典型的低碳鋼拉伸試驗(yàn)的曲線圖如下：

拉伸試驗(yàn)是指將一定形狀和尺寸的標(biāo)準(zhǔn)試樣裝夾在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，緩慢地進(jìn)行拉伸，使試樣承受軸向拉力，直至拉斷為止。試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄裝置可將整個(gè)拉伸過程中的拉伸力和伸長量自動(dòng)記錄下來——即應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。

 

從曲線圖中可以看到：

當(dāng)拉伸力由零逐漸增加到Fe時(shí)（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(shí)若去除拉伸力，試樣能完全恢復(fù)到原來的形狀和尺寸，即試樣處于彈性變形階段。

 

當(dāng)拉伸力超過Fe后，試樣除產(chǎn)生彈性變形外，還開始出現(xiàn)微量的塑性變形。

 

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

拉伸力超過Fs后，試樣產(chǎn)生大量的塑性變形，直到最大拉伸力為Fb時(shí)，試樣橫截面發(fā)生局部收縮，即產(chǎn)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(diǎn)）。

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(diǎn)眼熟？沒錯(cuò)，拉斷一根面條或拉斷一根細(xì)鐵絲，發(fā)生的故事和拉伸試驗(yàn)差不了多少。拉伸試驗(yàn)機(jī)的好處是把這個(gè)過程的力和變形準(zhǔn)確地動(dòng)態(tài)記錄下來了。這些數(shù)據(jù)可以用來計(jì)算強(qiáng)度和塑性的大小。

強(qiáng)度的計(jì)算

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

常用的強(qiáng)度判據(jù)有：彈性極限、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

 

⑴彈性極限

彈性極限是指試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力，用符號σe表示，單位為MPa。

計(jì)算式：σe=Fe / A0

Fe：試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)的最大拉伸力，N；

A0：試樣原始橫截面積，mm2。

 

⑵屈服強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度是指試樣在拉伸過程中，力不增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長（變形）時(shí)的應(yīng)力，用符號σs表示，單位為MPa。

σs=Fs / A0

Fs：試樣產(chǎn)生屈服時(shí)的拉伸力，N。

 

有些材料（如高碳鋼）在拉伸時(shí)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法測定σs 。因此人們又規(guī)定，以試樣去掉拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長量達(dá)到規(guī)定原始標(biāo)距長度0.2%時(shí)的應(yīng)力，為該材料的條件屈服強(qiáng)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(shí)一般不允許產(chǎn)生塑性變形。因此，σs是設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要參數(shù)。

 

⑶抗拉強(qiáng)度

抗拉強(qiáng)度是指試樣被拉斷前所能承受的最大拉應(yīng)力，用符號σb表示，單位為MPa。

σb=Fb / A0

Fb：試樣被拉斷前的最大拉伸力，N。

 

σb表征材料對最大均勻塑性變形的抗力。σs與σb的比值稱為屈強(qiáng)比，屈強(qiáng)比越小，零件工作時(shí)的可靠性越高，因?yàn)槿舫�載也不會(huì)立即斷裂。但屈強(qiáng)比太小，材料強(qiáng)度的有效利用率降低。σb也是設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要參數(shù)。

 

塑性的計(jì)算

塑性是指斷裂前材料發(fā)生不可逆塑性變形的能力。

 

常用的判據(jù)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(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)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(biāo)距長度，mm；

lk：試樣被拉斷后的標(biāo)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，縮頸處橫截面積的最大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(zhǔn)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(shí)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(qiáng)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(yàn)方法》的國標(biāo)是GB/T 228，上面的符號其實(shí)是出自1987版，2002年版本已經(jīng)跟國際接軌，符號也隨著更新，但在高校的教學(xué)或?qū)嶋H的制造生產(chǎn)中，仍或有習(xí)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(diǎn)	σs	屈服強(qiáng)度	Re
上屈服點(diǎn)	σsU	上屈服強(qiáng)度	ReH
下屈服點(diǎn)	σsL	下屈服強(qiáng)度	ReL
抗拉強(qiáng)度	σb	抗拉強(qiáng)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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