深度好文,詳細解讀關(guān)于抗拉強度和屈服強度的區(qū)別
發(fā)布時間:2021-01-25點擊:4836
要說這兩個概念,先從材料是如何被破壞的說起。任何材料在受到不斷增大或者持續(xù)恒定或者持續(xù)交變的外力作用下,***終會超過某個極限而被破壞。對材料造成破壞的外力種類很多,比如拉力、壓力、剪切力、扭力等。屈服強度和抗拉強度這兩個強度,僅僅是針對拉力而言。
這兩個強度是通過拉伸試驗得出的,是通過拉力試驗機(一般是萬能試驗機,可以進行各種拉和壓以及彎曲的試驗),用規(guī)定的恒定的加荷速率(就是單位時間內(nèi)拉力的增加量),對材料進行持續(xù)拉伸,直到斷裂或達到規(guī)定的破壞程度(比如有些對接焊縫強度試驗可以不拉斷),這個造成材料***終破壞的力,就是該材料的抗拉極限載荷??估瓨O限載荷是一個力的表述,單位為牛頓(N),因為牛頓是一個很小的單位,所以,大部分情況下用千牛(KN)的比較多。因為各種材料大小不一,所以抗拉極限載荷很難評判材料的強度。所以,用抗拉極限載荷除以實驗材料的截面積,就得到單位面積的抗拉極限載荷。單位面積上受的力,這是一個強度的表述,單位是帕斯卡(Pa),同樣,帕斯卡是一個極小的單位,一般都用兆帕(MPa)來表述。
所以,抗拉極限載荷與實驗材料的截面積之比,就是抗拉強度??估瓘姸仁?a href="http://mdrg.com.cn/" target="_self">材料單位面積上所能承受外力作用的極限。超過這個極限,材料將被解離性破壞。
那什么是屈服強度呢?屈服強度僅針對具有彈性材料而言,無彈性的材料沒有屈服強度。比如各類金屬材料、塑料、橡膠等等,都有彈性,都有屈服強度。而玻璃、陶瓷、磚石等等,一般沒有彈性,這類材料就算有彈性,也微乎其微,所以,沒有屈服強度一說。
彈性材料在受到恒定持續(xù)增大的外力作用下,直到斷裂。究竟發(fā)生了怎樣的變化呢?
首先,材料在外力作用下,發(fā)生彈性形變,遵循胡克定律。什么叫彈性形變呢?就是外力消除,材料會恢復(fù)原來的尺寸和形狀。當外力繼續(xù)增大,到一定的數(shù)值之后,材料會進入塑性形變期。材料一旦進入塑性形變,當外力,材料的原尺寸和形狀不可恢復(fù)!而這個造成兩種形變的的臨界點的強度,就是材料的屈服強度!對應(yīng)施加的拉力而言,這個臨界點的拉力值,叫屈服點。從晶體角度來說,只有拉力超過屈服點,材料的晶體結(jié)合才開始被破壞!材料的破壞,是從屈服點就已經(jīng)開始,而不是從斷裂的時候開始的!
弄清楚這兩個強度怎么來的了,所以說,屈服強度高的材料,能承受的破壞力就大,這是正確的。
但我要說的是不管哪個強度,只拿一個來說事,都不能說明這種材料安全與否或者結(jié)實與否!
咱們這里就說鋼材吧,別的不說了。關(guān)于屈服強度和抗拉強度還有一個參數(shù),可能知道的人不多,它究竟起什么左右,可能知道的人更少。這個參數(shù)就是屈強比!屈強比就是屈服強度和抗拉強度的比值。范圍是0~1之間。屈強比是衡量鋼材脆性的指標之一。屈強比越大,表明鋼材屈服強度和抗拉強度的差值越小,鋼材的塑性越差,脆性就越大!
為什么這樣說呢,這里要引進一個新的指標--延伸率。通俗一點說就是鋼材被拉斷后,和原來比,伸長了多少。這是檢驗鋼材塑性好壞的一個重要指標。這個數(shù)值越大,表明鋼材的延展性越好。上面我說了,當鋼材拉伸超過屈服點之后,這個時候的鋼材已經(jīng)不可能恢復(fù)原來的尺寸,一直到斷裂,鋼材都在不斷的被拉長。屈強比越大,屈服強度和抗拉強度的差值越小,那么在的加荷速率不變的情況下,鋼材被拉長的時間就越短,那么延伸率就越低。
根據(jù)能量守恒定律,能量只能轉(zhuǎn)換或者傳遞。當鋼材被拉伸的時候,歸根結(jié)底是能量的轉(zhuǎn)換吸收。在屈服點之前,鋼材處于彈性形變期,外部拉力幾乎全部被彈力抵消(轉(zhuǎn)化為彈性勢能),外來能量并沒有多少被吸收或者轉(zhuǎn)化,只有少量轉(zhuǎn)化為熱能。當過屈服點之后,外力部分被彈力抵消(轉(zhuǎn)化為彈性勢能),而部分則被轉(zhuǎn)化為熱能,外力的作用于鋼材上的能量,主要是在塑性形變期被吸收的!
我上面提到,材料的破壞是從屈服點開始的。屈強比越低,那么材料從開始破壞到斷裂的時間越長,屈強比越高,材料從開始破壞到斷裂的時間越短。能量在屈服點到斷裂點之間被大量轉(zhuǎn)化為熱能。
所以,單純說屈服強度高或者抗拉強度高,那么這種材料就一定好或者更安全。未必!只有屈服強度高,同時屈強比低的鋼材,才更安全一些!可惜,這樣的鋼材成本太高,都不大可能被用于民用車輛上。
現(xiàn)在鋼材除強度,還有一個重要的指標就是韌性!到目前為止,我還沒有看到那一家車企對所用鋼材的韌性如何做一個描述!基本上都是對鋼材的強度大肆渲染!恰恰相反的是,在絕大多數(shù)情況下,提高鋼材的強度,往往會降低鋼材的韌性!降低韌性,就是增加脆性!而鋼材的韌性,是關(guān)系到鋼材安全的一個重要指標
有一個指標可能被車企有意無意的遺忘了--沖擊韌性或沖擊功。
用相同的力,推你一下或者猛擊你一下,哪個對你的傷害大?答案很明顯!鋼材的抗沖擊能力高低,才是關(guān)系的安全的重要因素!沒見過那次車禍是慢慢加力直到把車拉斷的吧?都是瞬間撞擊!如果你扛不住瞬間作用力,你抗拉強度再大有毛用?
從現(xiàn)在已經(jīng)直到的鋼材來看,凡是大于1000Mpa的強度,大多是抗拉強度,屈服強度超過800Mpa也不是什么困難的事情,比如40Cr這種常見的“萬能鋼”(基本上屬于干啥都行的),一般的調(diào)制工藝屈服強度也能接近800Mpa,抗拉強度900MPa以上。
但是三者兼顧,高屈服、高延伸、有良好抗沖擊能力就比較難了!
幾乎所有的鋼材都存在同樣的問題,那就是在提高鋼材強度的同時,降低鋼材的抗沖擊能力!比如10.9級的高強螺栓,抗拉強度在1040-1240MPa為合格,屈服強度大于940Mpa,延伸率大于10%,沖擊韌性59J/CM2;而同材質(zhì)8.8級高強螺栓(低一個級別),抗拉強度在830-1030MPa為合格,屈服強度大于660Mpa,延伸率大于12%,沖擊韌性78J/CM2。
所以,對于絕大多數(shù)金屬材料而言,在提升某些技術(shù)指標性能的同時,是以降低某些技術(shù)性能指標為代價來實現(xiàn)的。是不能兼顧的。鋼鐵工業(yè)是人類***成熟的工業(yè)技術(shù)之一,沒有什么太多的秘密。鋼鐵材料的各項技術(shù)指標,并非是越高越好,或者越低越好,而是根據(jù)需要,將各項指標調(diào)整到一個能夠兼顧的范圍內(nèi)。對于我們行業(yè)的人而言,鋼材除了結(jié)構(gòu)上有問題外(指的產(chǎn)品缺陷),各項技術(shù)指標沒有好壞之分,要看你在哪里用。只有用錯地方,而沒有用錯東西一說。
來源:快資訊質(zhì)檢聯(lián)盟
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