简介

屈服强度又称屈服极限,屈服时的应力称为屈服极限,单位为MPa。屈服强度是材料的固有属性,表示材料屈服时的临界应力值。常用于确定机械部件的最大允许载荷。

所有机械零件都不允许发生塑性变形,因此屈服强度是工程设计和材料选择的重要依据。


屈服

屈服是指应力不增加而应变增加的现象。当金属材料试样的外力超过材料的弹性极限时,虽然应力不再增加,但试样仍发生明显的塑性变形。


强度

强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力。


图-1

弹性

弹性是指不产生永久变形的能力。当超声波发生器的电压发生变化时,发生器的输出功率也随之发生变化使超声波换能器机械振动不稳定,导致工作效果不佳。因此需要稳定的输出功率,通过功率反馈信号来调整放大器,使功率放大器稳定。换能器在谐振频率时工作效率最高,最稳定。而换能器的谐振频率会因组装或工作老化而发生变化。如果频率只是漂移,变化不大,频率跟踪信号可以控制信号发生器,使信号发生器的频率维持在换能器谐振频率的一定范围内,让发生器在最佳状态下工作。

介质中的质点在平衡位置往返振动1次所需要的时间叫周期,用T表示,单位是秒(s);

质点在 1s 的时间内完成振动的次数称为频率,用 f 表示,单位为“周/s”,又称作赫兹(Hz)。

周期与频率成互为倒数关系,以下式表示:f =1 / T。介质中声波的波长(λ)与频率之间的关系为:c=λf。式中,c为声速,m/s;λ为波长,f 为频率,Hz。


弹性变形

弹性极限内的材料在外力作用下发生变形,撤去外力后可恢复原状。这种随外力消失而消失的变形称为弹性变形。


塑性变形

材料上的载荷超过弹性变形范围,就会发生永久变形。即卸荷后不可恢复的变形称为塑性变形。

二者产生变形的原因不相同:

塑性变形:晶粒内的原子结构会存在各种缺陷,由于位错的存在,晶体在受力后原子容易沿位错线运动,降低晶体的变形抗力。通过位错运动的传递,滑移使一部分晶粒滑移形成滑移带,很多滑移带集合起来就成为可见的变形。

弹性变形:物体受外力作用时,就会产生变形,如果将外力去除后,物体能够完全恢复它原来的形状和尺寸。


图-2


图-3

塑性变形的影响因素

1. 加工硬化:塑性变形引起位错增殖,位错密度增加,不同方向的位错发塑性变形力学原理生交割,位错的运动受到阻碍,使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力,同时降低塑性,使以后的冷态变形困难。

2. 内应力:塑性变形在金属体内的分布是不均匀的,所以外力去除后,各部分的弹性恢复也不会完全一样,这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力,即残余应力。残余应力降低零件的尺寸稳定性,增大应力腐蚀的倾向。

3. 各向异性:金属经冷态塑性变形后,晶粒内部出现滑移带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热态下变形,由于发生了再结晶,晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向。

4. 再结晶和回复:经过再结晶处理后,冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起的加工硬化、残余应力等都会完全消除。


弹性极限

材料不产生永久变形(塑性变形)的最大应力称为弹性极限。它也是材料从弹性范围到塑性变形的转折点。弹性极限反映了材料弹性变形的最大范围。


抗拉强度

在拉伸条件下(材料屈服后),试样在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度,它是材料从均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值。

抗拉强度反映了材料抵抗断裂和损坏的能力。抗拉强度越大,材料抵抗断裂的能力越强。

对于那些变形要求不高的零件,不需要依靠屈服强度来控制产品的变形量,通常以抗拉强度作为设计和选材的依据。


图-4

可塑性

塑性是指材料在断裂前承受最大塑性变形的能力。伸长率和面积减少量是常用的衡量指标。

膨胀率:δ=(L1-L)/L*100%

L 1: 试样断裂后的标距。

L : 试件的原始标距。

面积减少: ψ=(AA1)/A*100%

A 1: 试样断裂处的最小截面积。

A : 原始横截面积。

伸长率和面积减少量越大,材料的塑性越好。与两者相比,面积的减少表明塑性更接近真实应变,因为收缩与试样的长度无关。

良好的塑性是金属材料加工的必要条件。同时材料具有一定的可塑性,也可以提高机器零件的可靠性,防止机器零件突然断裂。