影响屈服强度的因素 ppt课件
影响屈服强度的因素
1.影响屈服强度的因素：金属本质及晶格类型；晶格大小和亚结构；溶质元素；第二相2.影响屈服强度的外部因素：温度；应变速率；应变状态3.影响断裂韧性的因素：外部因素：板厚或构件截面尺寸；温度；应变速率。
内部因素：化学成分；基本相结构和晶粒大小；显微组织；亚温淬火。
4.影响韧脆转变温度的因素：成分；晶粒尺寸；显微组织。
5.断裂韧性与冲击韧性的关系：相同点：a.以能量表示，两者有能量人韧性的共性b.大多数情况下，两者变化一致，影响因素一致c.在平行区域可建立两者的对应关系。
不同点：a.式样条件和速率不同，KIC为静载荷，AKV为冲击载荷。
B.做实验AK时要缺口，AK是夏比V或U形缺口，而是KIC裂纹，因此曲率半径不同，断裂韧性的曲率半径小c.应力状态不同KIC在平面应变下的断裂韧性，属于脆性断裂，而冲击韧性没有应力要求平面应力变状态属于脆性断裂。
d.消耗能量不同，断裂韧性裂纹已经存在，反映裂纹试问扩展的过程所消耗的能量，而冲击韧性反映裂纹形成和扩展整个过程所消耗的能量6.屈服强度：工程上通常以产生0.2%的残留变形时的应力记为屈服强度。
7.韧性断裂和脆性断裂的异同：相同点：都是工程材料的失效形式。
不同点：A.韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展中不断消耗能量，宏观断口纤维状，在暗色由纤维区放射区剪切唇构成，断口比较粗糙，微观上断口有典型的韧容。
断面一般平行于最大切应力，并与主应力是45°。
B.脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。
纤维区很小剪切唇几乎没有，断口中有人字纹华业囊。
微观上，其断口为准解理，解理断口的花样特征。
C.一般规定光滑拉伸式样的断面收缩率小鱼5%为脆性断裂，繁殖，大于5%为韧性断裂。
8.断裂韧性与强度塑性的关系：A.韧性是强度和塑性的综合性能指标，根据材料的断裂类型选用相应的关系式，即可有常规强度和塑性大致推得的材料的断裂韧性。
影响屈服强度的因素
τ = α Gb ρ
1 2
在平行位错情况下,ρ为主滑移面中位错的密 度；在林位错情况下,ρ为林位错的密度。α值与 晶体本性、位错结构及分布有关。
2、晶粒大小和亚结构
晶粒大小的影响是晶界影响的反映，因 为晶界是位错运动的障碍，在一个晶粒内 部，必须塞积足够数量的位错才能提供必 要的应力，是相邻晶粒中的位错源开动并 产生宏观可见的塑性变形。因而，减小晶 粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小 晶粒内位错塞积群的长度使屈服强度提高。
& σ ε、t = C (ε )
m
3、应力状态对屈服强度的影响
应力状态也影响屈服强度，切应力分量愈大， 愈有利于塑性变形，屈服强度则愈低，所以扭转 比拉伸的屈服强度低，拉伸要比弯曲的屈服强度 低，但三向不等拉伸下的屈服强度量最高。要注 意，不同应力状态下材料屈服强度不同，并非是 材料性质变化，而是材料在不同条件下表现的力 学行为不同而已。 总之，金属材料的屈服强度既受各种内在因 素影响，又因外在条件不同而变化，因而可以根 据人们的要求予以改变，这在机件设计、选材、 拟订加工工艺和使用时都必须考虑到。
二、影响屈服强度的外在因素
1、温度 2、应变速率 3、应力状态
1、温度对屈服强度的影响
一般，升高温度， 金属材料的屈服强度 降低．伺是，金属晶 体结构不同，其变化 趋势并不一样，如右 图所示。
W、Mo、Fe、Ni的屈服强度 与温度的关系
2、应变速率对屈服强度的影响
应变速率增大，金 属材料的强度增加(如右 图)。由右图可见，屈服 强度随应变速率的变化 较抗拉强度的变化要明 显的多。 在应变量与温度一定时，流变应力与应变速率的关 系为：
影响屈服强度的因素
一、影响屈服强度的内在因素
影响屈服强度的因素
3、应力状态 、
应力状态也影响屈服强度，切应力分量愈大， 愈有利于塑性变形，屈服强度则愈低，所以扭转比 拉伸的屈服强度低，拉伸要比弯曲的屈服强度低， 但三向不等拉伸下的屈服强度量最高。要注意，不 同应力状态下材料屈服强度不同，并非是材料性质 变化，而是材料在不同条件下表现的力学行为不同 而已。 总之、金属材料的屈服强度既受各种内在因 素影响，又因外在条件不同而变化，因而可以根据 人们的要求予以改变，这在机件设计、选材、拟订 加工工艺和使用时都必须考虑到。
亚晶界的作用与晶界类似，也阻碍位错运动。
（一）影响屈服强度的内在因素 3、溶质元素 、
在纯金属中加入溶质原子 (间隙型或置换型)形成因溶合 金(或多相合金中的基体相)， 将显著提高屈服强度，此即为 固镕强化。通常，间隙固溶体 的强化效果大于置换固溶体。 图1-9所示。 在固溶合金中，由于溶 质原子和溶剂原子直径不同， 在溶质周围形成了晶格畸变应 力场．该应力场相位错应力场 产生交互作用，使位错运动受 阻，从而使屈服强度提高。
（一）影响屈服强度的内在因素
对于可变形第二相质点，位错可以切过，使之 同基体一起产生变形，由此也能提高屈服强度。 第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量和 分布以及第二相与基体的强度、塑性相应变硬化待 性、两相之间的晶体学配合和界面能等因素有关。 在第二相体积比相同情况下，长形质点显著影响位 错运动，因而具有此种组织的金属材料，其屈服强 度就比具有球状的高。 综上所述，表征金属微量塑性变形抗力的屈服 强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标， 受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工 艺都可使屈服强度产生明显变化。
图1-9 低碳铁素体中固溶强化效果
（一）影响屈服强度的内在因素
பைடு நூலகம்
影响屈服强度的因素
影响屈服强度的因素1.影响屈服强度的因素：金属本质及晶格类型；晶格大小和亚结构；溶质元素；第二相2.影响屈服强度的外部因素：温度；应变速率；应变状态3.影响断裂韧性的因素：外部因素：板厚或构件截面尺寸；温度；应变速率。
内部因素：化学成分；基本相结构和晶粒大小；显微组织；亚温淬火。
4.影响韧脆转变温度的因素：成分；晶粒尺寸；显微组织。
5.断裂韧性与冲击韧性的关系：相同点：a.以能量表示，两者有能量人韧性的共性b.大多数情况下，两者变化一致，影响因素一致c.在平行区域可建立两者的对应关系。
不同点：a.式样条件和速率不同，KIC为静载荷，AKV为冲击载荷。
B.做实验AK时要缺口，AK是夏比V或U形缺口，而是KIC裂纹，因此曲率半径不同，断裂韧性的曲率半径小c.应力状态不同KIC在平面应变下的断裂韧性，属于脆性断裂，而冲击韧性没有应力要求平面应力变状态属于脆性断裂。
d.消耗能量不同，断裂韧性裂纹已经存在，反映裂纹试问扩展的过程所消耗的能量，而冲击韧性反映裂纹形成和扩展整个过程所消耗的能量6.屈服强度：工程上通常以产生0.2%的残留变形时的应力记为屈服强度。
7.韧性断裂和脆性断裂的异同：相同点：都是工程材料的失效形式。
不同点：A.韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展中不断消耗能量，宏观断口纤维状，在暗色由纤维区放射区剪切唇构成，断口比较粗糙，微观上断口有典型的韧容。
断面一般平行于最大切应力，并与主应力是45°。
B.脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。
纤维区很小剪切唇几乎没有，断口中有人字纹华业囊。
微观上，其断口为准解理，解理断口的花样特征。
C.一般规定光滑拉伸式样的断面收缩率小鱼5%为脆性断裂，繁殖，大于5%为韧性断裂。
8.断裂韧性与强度塑性的关系：A.韧性是强度和塑性的综合性能指标，根据材料的断裂类型选用相应的关系式，即可有常规强度和塑性大致推得的材料的断裂韧性。
屈服强度及其影响因素
屈服强度及其影响因素屈服强度是材料在受到外力作用下发生塑性变形的临界点，即材料开始失去弹性，并开始发生塑性变形的应力值。
屈服强度是材料力学性能的重要指标之一，对材料的使用和设计起着重要的作用。
本文将对屈服强度及其影响因素进行探讨。
一、屈服强度的定义和意义屈服强度指的是在材料发生塑性变形之前，所能承受的最大应力。
在工程领域中，屈服强度常用于衡量材料的抗压、抗拉等能力。
屈服强度是材料设计、选择以及预测其破坏行为的重要参数。
屈服强度的研究对于优化材料的性能、提高产品的寿命有着重要意义。
了解屈服强度的影响因素和调控方法，可以为材料的设计、加工、应用提供指导，更好地满足工程实际需求。
二、影响屈服强度的因素1.晶粒尺寸：晶粒尺寸是屈服强度的一个重要因素。
在晶粒尺寸相同的情况下，晶粒越小，晶界数量越多，晶界强化效应越显著，屈服强度也会提高。
2.织构和取向：材料的织构和取向会影响屈服强度。
一般来说，晶粒取向均匀的材料具有较高的屈服强度，而取向不均匀的织构会降低屈服强度。
3.合金元素：添加合金元素可以显著影响屈服强度。
合金元素对晶界的强化效应可以提高材料的屈服强度。
此外，合金元素还可以改变材料的晶体结构和相变行为，从而影响屈服强度。
4.冷变形：冷变形是一种常用的提高材料强度的方法。
通过冷变形可以引入晶体缺陷，增加位错密度，从而提高屈服强度。
5.环境因素：环境因素也会对屈服强度产生影响。
例如高温环境下，材料容易发生软化现象，屈服强度会下降；而在低温环境下，材料的塑性会降低，屈服强度会增加。
三、调控屈服强度的方法1.改变晶粒尺寸：通过调控材料的加工过程，可以控制晶粒的尺寸。
例如通过细化晶粒可以提高材料的屈服强度。
2.合金化：通过添加合金元素，可以改变材料的组织结构，提高晶体的强化效应，从而提高屈服强度。
3.热处理：通过热处理可以改变材料的结构和性能，进而调控屈服强度。
例如通过时效处理可以提高材料的屈服强度。
4.控制环境条件：通过控制材料的使用环境可以调控屈服强度。
影响屈服强度的因素.
（一）影响屈服强度的内在因素
2、晶粒大小和亚结构
晶粒大小的影响是晶界影响的反映，减小晶粒尺寸将增 加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使 屈服强度提高。 许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均符合霍 尔—派奇(Hall—Petch)公式：σs=σi+kyd-1/2
σi ——位错在基体金属中运动的总阻力，亦称摩擦阻力，决定 于晶体结构和位错密度 ky ——度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数，或表示滑移带 端部的应力集中系数 d ——晶粒平均直径。
图1-9 低碳铁素体中固溶强化效果
（一）影响屈服强度的内在因素
4、第二相
工程上的金属材料，其显微组织一般是多相的。 除了基体产生固溶强化外，第二相对屈服强度也有 影响。第二相质点的强化效果与质点本身在金属材 料屈服变形过程中能否变形有很大关系。据此可将 第二相质点分为不可变形的和可变形的两类。 根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的 第二相质点，为此，必须克服弯曲位错的线张力。 弯曲位错的线张力与相邻质点的间距有关，故含有 不可变形第二相质点的金属材料，其屈服强度与流 变应力就决定于第二相质点之间的间距。
（一）影响屈服强度的内在因素
对于可变形第二相质点，位错可以切过，使之 同基体一起产生变形，由此也能提高屈服强度。 第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量和 分布以及第二相与基体的强度、塑性相应变硬化待 性、两相之间的晶体学配合和界面能等因素有关。 在第二相体积比相同情况下，长形质点显著影响位 错运动，因而具有此种组织的金属材料，其屈服强 度就比具有球状的高。 综上所述，表征金属微量塑性变形抗力的屈服 强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标， 受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工 艺都可使屈服强度产生明显变化。
金属屈服强度的因素
金属屈服强度的因素
金属的屈服强度受到多种因素的影响，包括以下几个方面：
1. 金属的晶粒结构：金属的晶粒结构对其屈服强度有很大影响。
晶粒尺寸越小，金属材料的屈服强度通常越高。
此外，金属的晶粒定向、晶界的存在以及晶粒的结构缺陷也会影响屈服强度。
2. 合金元素：添加合金元素可以显著改善金属的屈服强度。
合金元素的添加可以改变金属的晶粒结构、形成固溶体或生成强化相，从而提高金属的强度和硬度。
3. 温度：温度对金属的屈服强度也有很大影响。
一般来说，金属在高温下往往具有较低的屈服强度。
这是因为高温会导致晶体结构变松散和晶粒长大，从而导致金属的屈服强度降低。
4. 加工工艺：金属的加工工艺也会影响其屈服强度。
通过热变形、冷变形等不同的加工方式，可以改变金属的晶粒结构和纯度，进而影响其屈服强度。
5. 杂质和缺陷：金属中存在的杂质和缺陷也会对其屈服强度产生影响。
一些杂质元素会影响金属的强度和塑性，而缺陷，如孔洞、裂纹等，会降低金属的屈服强度。
总之，金属的屈服强度是一个复杂的参数，受到多种因素的综合影响。
不同的金
属材料、合金元素、工艺等都会对其屈服强度产生显著影响。
影响屈服强度的因素
影响屈服强度的因素
1.材料的性质：材料的组成和结构决定了其屈服强度。
比如，金属晶
体的晶体结构和晶体缺陷，如晶界、位错和固溶体等对屈服强度有重要影响。
另外，晶体内的晶粒尺寸、晶界角、晶体生长方向等也会影响屈服强度。
2.温度：温度是影响材料屈服强度的重要因素。
一般情况下，随着温
度的升高，材料的屈服强度会下降。
这是因为高温下原子或分子热运动增强，材料内部形成的位错容易滑动，从而导致屈服强度的下降。
3.应力速率：应力速率也会影响材料的屈服强度。
应力速率是指材料
在受力的过程中应力的增长速率。
通常情况下，应力速率越大，材料的屈
服强度越高。
这是因为应力速率的增大会限制材料内部位错的活动，从而
增加了屈服强度。
4.微观结构：材料的微观结构如晶粒尺寸、晶界、相含量等也是影响
屈服强度的重要因素。
细晶粒材料通常具有较高的屈服强度，这是因为细
小的晶粒会限制位错的移动。
同时，晶界也会阻碍位错的运动，因此晶界
的密度和角度也会影响材料的屈服强度。
材料中的相含量也会影响材料的
屈服强度，比如固溶体的形成会提高材料的强度。
总之，材料的屈服强度受多个因素共同影响，包括材料的性质、温度、应力速率和微观结构等。
了解这些因素对屈服强度的影响可以帮助人们更
好地设计和选择材料，以满足不同应用需求。
屈服强度
材料屈服强度及其影响因素1. 屈服强度：（yield strength ：材料屈服的临界应力值）材料拉伸的应力-应变曲线（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是在屈服点在应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的永久形变）时的应力。
通常用作固体材料力学机械性能的评价指标，是材料的实际使用极限。
因为材料屈服后产生颈缩，应变增大，使材料失去了原有功能。
当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。
当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。
这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。
由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(σs或σ0.2)。
有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）。
首先解释一下材料受力变形。
材料的变形分为弹性变形（外力撤销可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销不能恢复原来形状，形状发生变化）2. 屈服标准工程上常用的屈服标准有三种：(1)比例极限应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用σp表示，超过σp时即认为材料开始屈服。
(2)弹性极限试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
国际上通常以σel表示。
应力超过σel时即认为材料开始屈服。
(3)屈服强度以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ0.2或σys。
3. 影响屈服强度的因素【1】影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。
如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。
从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强化和弥散强化；(4)晶界和亚晶强化。
屈服强度不合格原因
屈服强度不合格原因屈服强度是材料力学性能的一个重要指标，一般指在受压、受拉或受弯等载荷作用下，材料所能承受的最大应力。
如果材料的屈服强度不合格，即无法满足设计要求或使用需求，会导致材料在使用过程中出现失效、崩溃等情况。
以下是屈服强度不合格的原因：1.材料本身缺陷：材料的制造、处理过程中可能出现内在缺陷，如夹杂物、气孔、裂纹等。
这些缺陷会导致材料的断裂强度降低，从而使屈服强度下降。
2.脆性材料应力集中：脆性材料如陶瓷、玻璃等在受力时容易产生应力集中现象，即应力在局部区域集中，导致该区域应力超过了屈服强度，引起材料的破裂。
3.热处理不当：热处理是一种改变材料晶粒结构和性能的方法。
若热处理温度、时间不当或工艺参数控制不准确，可能导致材料中的非均质组织、析出物或偏析等现象，降低材料的屈服强度。
4.粘结界面强度不足：材料在多组分、多层结构中，粘结界面的强度对整体结构的性能起着重要作用。
若粘结界面的强度不足，可能导致载荷传递不均匀，产生应力集中现象，从而使材料的屈服强度下降。
5.金属晶界强化不足：金属材料中的晶界强化是一种提高材料强度的重要手段。
如果材料中晶界的结构、取向或杂质控制不当，可能导致晶界强化效果不佳，使材料的屈服强度降低。
6.加工工艺不当：材料的加工工艺对于材料强度的影响非常重要。
如果加工工艺选择不当、参数控制不准确，如过热、过冷、过速等，可能导致材料中的组织变化、应力集中、能量积聚等问题，从而使材料的屈服强度不合格。
7.材料老化：材料在长期使用过程中，受到环境中的温度、湿度、辐射等因素影响，会发生老化现象。
老化会导致材料内部结构的变化，使其屈服强度下降。
总之，屈服强度不合格的原因不仅仅是材料本身的问题，还涉及到制造、处理、加工等多个环节。
为了保证材料的屈服强度符合要求，需要从材料的选取、处理工艺、加工参数等方面进行合理设计和严格控制。
屈服强度概述
屈服强度概述强度是指材料在受力下能够承受的最大应力。
在工程设计和材料选取中，强度是一个重要的参数，它直接影响着结构和材料的性能和可靠性。
而屈服强度是材料的一种特殊强度参数，它描述了材料在受力下开始产生塑性变形或发生断裂的临界点。
本文将对屈服强度及其影响因素进行概述。
1. 屈服强度定义屈服强度是指材料在持续加载或作用力逐渐增加的情况下，开始产生塑性变形或发生断裂的应力值。
通常使用拉伸试验来测定材料的屈服强度，即在拉伸试验机上施加力，逐渐增加应力直到发现材料开始发生塑性变形或断裂。
此时的应力值就是屈服强度。
2. 影响屈服强度的因素2.1 材料的化学成分不同材料的化学成分会影响其屈服强度。
例如，含碳量高的钢材具有较高的屈服强度，而含氧化物较多的铝合金则具有较低的屈服强度。
2.2 晶粒大小晶粒大小也会对材料的屈服强度产生影响。
晶粒尺寸越小，晶界的数量越多，能阻碍位错的移动，因此材料的屈服强度会增加。
2.3 加工硬化加工硬化是指通过冷变形等加工工艺来增加材料的屈服强度。
冷变形可以引入更多的位错和晶界，从而阻碍材料的位错移动和滑移，提高屈服强度。
2.4 温度温度对材料的屈服强度也有一定影响。
温度升高会降低材料的屈服强度，因为高温下原子和位错运动更加活跃，减少了材料的阻力。
3. 应用和意义屈服强度对于材料的应用和选择具有重要意义。
在工程设计中，了解材料的屈服强度可以帮助工程师选择合适的材料来满足设计要求。
例如，在桥梁工程中，需要选择具有足够屈服强度的材料来承受桥梁上的荷载。
此外，屈服强度也与材料的可靠性和安全性密切相关。
在材料的设计和使用过程中，必须确保材料的屈服强度具备足够的安全储备，以应对未知的外界荷载和环境变化。
因此，精确的屈服强度测试和控制可以提高结构和材料的可靠性。
4. 总结屈服强度是描述材料在受力下开始产生塑性变形或发生断裂的临界点的重要参数。
它受到材料的化学成分、晶粒大小、加工硬化和温度等因素的影响。
屈服强度不合格原因
屈服强度不合格原因屈服强度是指材料在受到外部力作用下开始发生塑性变形的阈值。
当材料的屈服强度不合格时，意味着材料在受力时无法达到预期的强度要求，可能导致材料在使用过程中发生劣化、损坏甚至事故等问题。
屈服强度不合格的原因有很多，主要可以归结为以下几个方面：1.材料成分不合理：材料的成分直接决定了其力学性能。
如果材料成分中掺入了过多的杂质或掺杂元素，会导致晶粒的生长不均匀、分布不均匀，从而影响材料的力学性能，包括屈服强度。
此外，材料合金化的过程中，如果合金配比不合理或加工工艺不当，也会导致材料的屈服强度不合格。
2.材料的制造工艺不当：材料的制造工艺包括熔炼、铸造、锻造、挤压、淬火等环节，每个环节的工艺参数都会对材料的屈服强度产生直接或间接的影响。
如果在制造过程中温度控制不当、冷却速率不合适、变形温度超过材料的承受能力等，都会导致材料的屈服强度下降。
3.热处理不当：热处理是提高材料性能的一种重要工艺，常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火等。
热处理的目的是通过改变材料的晶体结构和组织状态，提高材料的机械性能。
如果热处理的温度、时间不合适，或者热处理工艺参数控制不当，都会导致材料的屈服强度下降。
4.材料的缺陷和损伤：材料在制造、加工、使用过程中可能会产生各种各样的缺陷和损伤，如内部气孔、夹杂物、裂纹等。
这些缺陷和损伤会对材料的力学性能产生负面影响，降低其屈服强度。
此外，材料在使用过程中经受的外部力和环境因素，如高温、腐蚀等也会导致材料的损伤，进而降低其屈服强度。
5.材料的微观结构不合理：材料的微观结构决定了其宏观性能，包括屈服强度。
如果材料的晶粒尺寸不均匀、晶界存在缺陷或松散等问题，都会导致材料的屈服强度下降。
此外，如果材料的孪晶含量过高，也会影响材料的屈服强度。
综上所述，材料的屈服强度不合格可能是由材料成分不合理、制造工艺不当、热处理不当、缺陷和损伤、微观结构问题等多种因素共同造成的。
为了确保材料的屈服强度能够满足使用要求，对材料进行合理成分设计、改进制造工艺、优化热处理工艺、提高材料的缺陷检测和修复能力，以及调整微观结构等方面的研究和工作都是必要的。
《钢材的屈服强度》PPT课件
度提高，而塑性、冲击韧性降低 的现象称为时效。
（三）硬度
❖ 定义：硬度——是指钢材抵抗较硬物体 压入产生局部变形的能力，亦即钢材表 面抵抗塑性变形的能力。
❖ 指标：布氏硬度值HB，HB↑，硬度↑。 测定钢材硬度常用布氏法，试验如图84。
❖ 材料的强度越高，抵抗塑性变形的能力 越强，硬度值也就越大。
❖钢材的特点及其在建筑工程中的应用
❖ 钢材是土木工程中使用量最大的金 属材料，
❖包括用于钢结构工程中的各种型钢 （如角钢、槽钢、工字钢等）、钢板 和用于钢筋混凝土结构工程中的各种 钢筋及钢丝。
§8 金属材料_建筑钢材
❖ 第一节 钢的冶炼和分类 ❖ 第二节 建筑钢材的主要性能 ❖ 第三节 建筑钢材的技术标准及选用 ❖ 第四节 钢筋混凝土用钢材
❖从图中可以看出，低碳钢拉伸过 程经历了四个阶段：
❖弹性阶段、屈服阶段、强化阶段 和颈缩阶段。
1、弹性阶段（0→A）
❖（1）特点：弹性。在该阶段，若缷 去外力，试件能恢复原来的形状。
❖（2）指标： ❖①A点所对应的应力值——弹性极
限，用σP表示。
❖②弹性模量，用E表示，
❖E＝σ/ε。
❖弹性模量反映钢材抵抗弹性变形 的能力，是计算钢材在受力条件 下变形的重要指标。
应用：
❖Q195、Q215号钢常用于轧 制薄板和盘条，制造钢钉、铆 钉、螺栓及铁丝等。
❖Q215号钢经冷加工后可代替 Q235号钢使用。
应用：
❖Q255、Q275号钢可用于轧 制钢筋、作螺栓配件等，但更 多用于机械零件和工具等。
二、低合金高强度结构钢
❖ 低合金高强度结构钢是在碳素结构钢 的基础上，添加少量的一种或几种合 金元素（总含量小于5％）的一种结 构钢。所加元素主要有锰（Mn）、 硅（Si）、钒（V）、钛（Ti）、铌 （Nb）、铬（Cr）、镍（Ni）及稀 土金属，其目的是为了提高钢的屈服 强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及
影响屈服强度的因素
影响屈服强度的因素1.材料的性质：材料的强度与其物理、化学性质密切相关。
例如，金属材料的屈服强度受其晶体结构、晶粒大小、非金属夹杂物含量等因素的影响。
不同的材料具有不同的强度特点，例如钢材具有较高的屈服强度，而铝材具有较低的屈服强度。
2.温度：温度对材料的屈服强度有显著影响。
通常情况下，材料的屈服强度随着温度的升高而降低。
这是由于高温会导致材料中原子的热运动增加，原子结构的稳定性降低，从而降低了材料的强度。
3.应变速率：材料的屈服强度还与外加应变速率有关。
在快速加载的情况下，材料的屈服强度通常会提高。
这是由于快速加载导致材料变形速率快，使得材料中的位错运动和塑性形变受到限制，从而提高了材料的抗变形能力。
4.加载方向：材料在不同加载方向上的屈服强度可能会有所差异。
这是由于材料的结晶方向、晶界特征以及材料内部的应力传递机制等因素的影响。
5.加工工艺：加工工艺可以显著影响材料的强度。
例如，冷变形处理可以通过形成位错和晶界的运动来增强材料的屈服强度。
热处理也可以通过调整材料的微观结构以及晶粒尺寸来改善材料的强度。
6.加载速率：加载速率对材料的屈服强度有影响。
在快速加载下，材料的屈服强度通常会提高。
这是由于快速加载导致材料变形速率快，使得材料中的位错运动和塑性形变受到限制，从而提高了材料的抗变形能力。
7.材料缺陷：材料中的缺陷如裂纹、夹杂物等对屈服强度有重要影响。
这些缺陷会导致材料的应力集中，从而降低材料的强度。
总结起来，影响材料的屈服强度的主要因素包括材料的性质、温度、应变速率、加载方向、加工工艺、加载速率以及材料中的缺陷等。
在进行材料设计和工程应用时，需要综合考虑上述因素，并通过合适的处理和控制手段来优化材料的屈服强度。
《屈服与强度》PPT课件
The yielding and fracture of polymers
ppt课件
1
8.1 The tensile stress-strain curves
应力-应变曲线
哑
铃
一、拉伸试验测量指标
状
试
1、拉伸强度（抗张强度，断裂强度）
片
材料拉伸断裂前，单位截面积所能承受的最大负荷
酚醛或环氧树脂 PS, PMMA PP, PE, PC Nature rubber, PIB
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13
(d) Crystallization 结晶
1、应力-应变曲线 OY区：普弹性 Y点：成颈 YZ区：细颈 X点：断裂
2、晶态与非晶态高聚物比较
相近：普弹屈服 （或成颈） 形 变增大断裂
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f P 2bl0d2//261.5bP0d2l
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5
8.1 The tensile stress-strain curves 应力-应变曲线
三、冲击强度
材料抵抗冲击负荷破坏的能力。 材料韧性的表征
定义：i为受冲击时单位面积 所吸收的能量
i
W bd
W为冲断试样所 消耗的功
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6
8.1 The tensile stress-strain curves 应力-应变曲线
Strain softening 应变软化
B Y
Y
C 大形变
A A
Cold drawing 冷拉
B
Strain hardening 应变硬化
E A A
A
B
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8
从分子运动机理解释形变过程
你能解 释吗？
热轧型钢屈服强度的影响因素分析
热轧型钢屈服强度的影响因素分析
（1）由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
一般为重复荷载作用下弹性极限提高（进入塑性阶段后发生）。
（2）冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
（3）钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之为时效硬化。
2、温度的影响
（1）正温影响
总体影响规律为温度上升，钢材的强度降低，塑性、韧性提高，温度达450-600℃左右时，钢材的强度几乎降至为零，而塑性、韧性极大，易于进行热加工，此温度称之为热煅温度。
需要说明：钢材在250℃左右时，强度提高，塑性、韧性下降，钢材表面呈蓝色，这一现象称之为蓝脆现象。
钢材在200℃以上时应采取隔热措施。
（2）负温影响
随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。
3、生产工艺的影响
（1）冶炼过程主要控制化学成分。
（2）浇铸的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇
静钢用Si为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。
（3）反复的轧制可使得钢材规格变小，改善钢材的塑性，同时可以使钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性能提高。
同一牌号的钢材，厚度或直径越小，强度越高。
《屈服与强度》PPT课件
F
31
中间分子 链断裂
银
纹 的
扩展
扩
展
形成裂纹
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32
银纹和剪切带
均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象
主要区别
剪切屈服
银纹屈服
形变
形变大几十~几百%
形变小 <10%
曲线特征
有明显的屈服点
无明显的屈服点
体积
体积不变
体积增加
力
剪切力
张 应力
结果
冷
拉
裂
缝
一般情况下，材料既有银纹屈服又有剪切屈服
法向应力 nA F 0/ccoo ss0co2 s
剪切应力 sA F0sincos120si2n
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24
Discussion
=0 =45 =90
n=0 n=0/2
n=0
s=0 s=0/2
s=0
nA F 0/ccooss0cos2 0
sA F0sincos120sin2 0 /2
an as
0o
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Strain softening 应变软化
弹性变形后继续施加载荷，则产生塑性形变，称为继 续屈服，包括：
•应变软化：屈服后，应变增加，应力反而有稍许下 跌的现象，原因至今尚不清楚。
•呈现塑性不稳定性，最常见的为细颈。
•塑性形变产生热量，试样温度升高，变软。
•发生“取向硬化”，应力急剧上升。
有塑性 流动
表面 光滑
表面 粗糙
张应力 分量
切应力 分量
试样发生脆性或者韧性断裂与材料组成有关 ，除此之外，同一材料是发生脆性或韧性断
裂还与温度T 和拉伸速率 有关。
屈服强度(yield strength)
屈服强度及其影响因素1. 屈服标准工程上常用的屈服标准有三种：(1)比例极限应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用σp表示IMAGE，超过σp时即认为材(2)弹性极限试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
国料开始屈服。
(3)屈服强度以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ0.2. 影响屈服强度的因素影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。
如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强化和是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。
在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，又能增加塑性。
影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。
随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强敏感，这导致了钢的低温脆化。
应力状态的影响也很重要。
虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。
3.屈服强度的工程意义传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σys/n，安全系数n一般取2或更大[σ]=σb/n，安全系数n一般取6。
需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度性增加了。
屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。
例如材料屈服低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。
因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。
σp表示IMAGE，超过σp时即认为材料开始屈服。
料能够完全弹性恢复的最高应力。
国际上通常以σel表示IMAGE。
应力超过σel时即认为材[σ]=σys/n，安全系数n一般取2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险工艺性能的大致度量。
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也高于纯金属的。这表明，溶质原子不仅提高了位 错在晶格中运动的摩擦阻力．而且增强了对位错的 钉扎作用。
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4、第二相
第二相质点可分为不可变形的（如刚中 的碳化物与氮化物等）和变形的（如时效 铝合金中GP区的共格析出物θ 〞相及粗大 的碳化物等）两大类。
影响屈服强度的因素
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1
一、影响屈服强度的内在因素
1、金属本性及晶格类型 2、晶粒大小和亚结构 3、溶质元素 4、第二相
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1、金属本性及晶格类型
纯金属单晶体的屈服强度从理论上来说是使
位错开始运动的临界ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应力，其值由位错运动所 受的各种阻力所决定。
存在晶一格个阻位力错即运派动纳时力所需 p克n服，的是阻在力理。想晶p体n 与中位仅错
应变速率增大，金 属材料的强度增加(如右 图)。由右图可见，屈服 强度随应变速率的变化 较抗拉强度的变化要明 显的多。
在应变量与温度一定时，流变应力与应变速率的关
系为：
、t C()m
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3、应力状态对屈服强度的影响
应力状态也影响屈服强度，切应力分量愈大， 愈有利于塑性变形，屈服强度则愈低，所以扭转 比拉伸的屈服强度低，拉伸要比弯曲的屈服强度 低，但三向不等拉伸下的屈服强度量最高。要注 意，不同应力状态下材料屈服强度不同，并非是 材料性质变化，而是材料在不同条件下表现的力 学行为不同而已。
总之，金属材料的屈服强度既受各种内在因 素影响，又因外在条件不同而变化，因而可以根 据人们的要求予以改变，这在机件设计、选材、 拟订加工工艺和使用时都必须考虑到。
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b、可变形第二相质点
对第于二可相变的形强第化二效相果质还点与，其位尺错寸可、以形切状过、，数使量之和 同分基布体以一及起第产二生相变与形基，体由的此强也度能、提塑高性屈相服应强变度硬。化这待 是性由、于两质相点之与间基的体晶间体品学格配错合排和及界位面错能切等过因第素二有相关质。 点产生新的界面需要作功等原因造成的。
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许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均 符合霍尔-派奇（Hall-Patch）公式，即
s i kyd 1/2
式中 σi——位错在基体金属中运动的总阻力（包 括派拉力），亦称摩擦阻力，决定于 晶体结构和位错密度；
ky——度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数 或表示滑移带端部的应力集中系数；
这些第二相质点都比较小，有的可用粉 末冶金法获得(由此产生的强化叫弥散强化)， 有的则可用固溶处理和随后的沉淀析出获 得(由此产生的强化叫沉淀强化)。
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a、不可变形第二相质点
根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的第 二相质点，为此，必须克服弯曲位错的线张力。弯 曲位错的线张力与相邻质点的间距有关，故含有不 可变形第二相质点的金属材料，其屈服强度与流变 应力就决定于第二相质点之间的间距。
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3、溶质元素
在纯金属中加入溶 质原子（间隙型或置 换型）形成固溶合金 （或多相合金中的基 体相），将显著提高 屈服强度，此即为固 溶强化。通常，间隙 固溶体的强化效果大 于置换固溶体（如右 图）
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低碳铁素体中固溶强化 效果
8
在固溶合金中，由于溶质原子和溶剂原子直径
不同，在溶质周围形成了晶格畸变应力场．该应力 场相位错应力场产生交互作用，使位错运动受阻， 从而使屈服强度提高。固溶强化的效果是镕质原子 与位错交互作用能及溶质浓度的函数，因而它受单 相固溶合金(或多相合金中的基体相)中溶质的量所限 制。
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二、影响屈服强度的外在因素
1、温度 2、应变速率 3、应力状态
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1、温度对屈服强度的影响
一般，升高温度，
金属材料的屈服强度 降低．伺是，金属晶 体结构不同，其变化 趋势并不一样，如右 图所示。
W、Mo、Fe、Ni的屈服强度 与温度的关系
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2、应变速率对屈服强度的影响
d——晶粒平均直径。
上式中的σi和ky，在一定的实验温度和应变速率 下均为材料常数。
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亚晶界
亚晶界的作用与晶界类似，也阻碍位错运动。 实验发现，霍尔-派奇公式也完全适用于亚晶界，但 式中的ky值不同，将有亚晶的多晶材料与无亚晶的 同一材料相比，其ky值低1/2~4/5，且d为亚晶粒的直 径。另外在亚晶界上产生屈服变形所需的应力对亚 晶间的取向差不是很敏感的。
宽度及柏氏矢量有关，两者又都是与晶体结构有 关。
pn
2G
1
2a
e b(1 )
2G
1
2
eb
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位错间交互作用产生的阻力有两种类型：一种
是平 行位错间交互作用昌盛的阻力；另一种是运
动位错与林位错间交互作用产生的阻力。两者都 正比于Gb而反比于位错间距离L，都可用下式表 示
Gb
L
因为位错密度ρ 与1/L2成正比，故上式又可写
为
1
Gb 2
在平行位错情况下,ρ 为主滑移面中位错的密 度；在林位错情况下,ρ 为林位错的密度。α值与 晶体本性、位错结构及分布有关。
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2、晶粒大小和亚结构
晶粒大小的影响是晶界影响的反映，因 为晶界是位错运动的障碍，在一个晶粒内 部，必须塞积足够数量的位错才能提供必 要的应力，是相邻晶粒中的位错源开动并 产生宏观可见的塑性变形。因而，减小晶 粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小 晶粒内位错塞积群的长度使屈服强度提高。