屈服强度是材料的特性,它使我们可以了解材料在受到外力作用下的行为。
本文研究了什么是屈服强度以及影响屈服强度的因素,以帮助您更好地理解。我们将讨论应力-应变曲线,以及韧性和脆性材料的屈服强度如何进行比较。
还讨论了一些提高屈服强度的方法,同时提供了深入了解为什么必须了解此性能的见解;无论是小型设计项目还是大型工业应用。
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想象一下用两只手向相反的方向拉橡皮筋。橡皮筋是有弹性的,并且会膨胀。但是,当皮筋无法再承受“拉力”时,它就会断裂。这就是皮筋的屈服强度。
一般来说,材料表现出弹性或塑性的特性。
弹性行为是指当材料恢复其原来的形状,当作用在其上的外力消除时,如橡皮筋。
塑性行为是在外力作用下,材料永久或以不可逆的方式改变其形状。
有些材料在外力或应力达到一定水平时表现出弹性特性。当力超过阈值时,材料开始变形,就像塑料一样。材料由弹性转变为塑性的那一点叫做屈服,引起这种屈服的应力叫做屈服应力或屈服强度。
屈服强度(或屈服应力)是材料开始塑性变形的应力。通常测量单位为兆帕斯卡(MPa)。
为什么我们需要知道特定材料的屈服强度?
屈服强度是设计零件时要考虑的一个重要的材料特性。材料必须能够承受其设计的正常使用期间的压力,而不发生塑性变形。因此,材料的屈服强度指定了变形前可施加的最大载荷。它也有助于选择材料整形技术(轧制、锻造和压制)和切割技术(机加工和剪切)。
应力应变曲线
一定量的应力会导致一种材料的变形,但不一定会导致另一种材料的变形。因此,不同的材料有不同的屈服强度。材料表现(或变形,称为应变)与应力有关的方式的图示称为应力-应变曲线(见图)。这条曲线显示了给定材料在不同应力水平下的应变量。
韧性材料与脆性材料的屈服强度
有两个主要因素起作用:
变形率或应变率
发生应变的温度
通常情况下,屈服强度随应变率的增加而增加,而随温度升高而降低。
注意:高温合金(比如硌镍铁合金)表现出这种现象称为屈服强度的异常,其中,屈服强度随温度增加而增加。这使得它们特别适用于需要高温下高强度的应用,例如涡轮发动机。
有没有办法提高材料的屈服强度?
如果您有一个项目所需的材料,没有所需的屈服强度怎么办?幸运的是,可以通过多种方式改变材料的自然屈服强度。
通常使用以下方法来提高晶体材料的屈服强度
加工硬化–在此过程中,晶体结构中发生位错或不规则性,使得晶粒拉长、破碎和纤维化。结果就会导致在材料变形之前需要向其施加更多的应力,从而增加其屈服强度。
固溶强化–在这里,材料通过将低浓度的溶质原子融合到晶格结构的间隙中而形成合金。这阻止了位错的运动,同时提高了材料的屈服强度。
颗粒/沉淀强化–将沉淀物或颗粒添加到材料中,充当晶格中的固定点。然后,位错会剪切颗粒或引起弯曲或振铃。这增加了使材料变形所需的力。
晶界强化–随着材料中晶粒尺寸的减小,位错往往会在晶界形成。然后,需要更多的能量来使位错移动到相邻的晶粒,从而提高了屈服强度。
关于这四种方法,有的目前还在研发——试用阶段,篇幅有限,这里就不展开说明了。感兴趣的朋友可以自行搜索,或者等小编整理一套知识点出来给大家。