什么是屈服强度和抗拉强度.doc

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什么是屈服强度和抗拉强度

要说这两个概念，先从材料是如何被破坏的说起。

任何材料在受到不断增大或者持续恒定或者持续交变的外力作用下，最终会超过某个极限而被破坏。

对材料造成破坏的外力种类很多，比如拉力、压力、剪切力、扭力等。

屈服强度和抗拉强度这两个强度，仅仅是针对拉力而言。

这两个强度是通过拉伸试验得出的，是通过拉力试验机（一般是万能试验机，可以进行各种拉和压以及弯曲的试验），用规定的恒定的加荷速率（就是单位时间内拉力的增加量），对材料进行持续拉伸，直到断裂或达到规定的破坏程度（比如有些对接焊缝强度试验可以不拉断），这个造成材料最终破坏的力，就是该材料的抗拉极限载荷。

抗拉极限载荷是一个力的表述，单位为牛顿（N），因为牛顿是一个很小的单位，所以，大部分情况下用千牛（KN）的比较多。

因为各种材料大小不一，所以抗拉极限载荷很难评判材料的强度。

所以，用抗拉极限载荷除以实验材料的截面积，就得到单位面积的抗拉极限载荷。

单位面积上受的力，这是一个强度的表述，单位是帕斯卡（Pa），同样，帕斯卡是一个极小的单位，一般都用兆帕（MPa）来表述。

所以，抗拉极限载荷与实验材料的截面积之比，就是抗拉强度。

抗拉强度是材料单位面积上所能承受外力作用的极限。

超过这个极限，材料将被解离性破坏。

那什么是屈服强度呢？

屈服强度仅针对具有弹性材料而言，无弹性的材料没有屈服强度。

比如各类金属材料、塑料、橡胶等等，都有弹性，都有屈服强度。

而玻璃、陶瓷、砖石等等，一般没有弹性，这类材料就算有弹性，也微乎其微，所以，没有屈服强度一说。

弹性材料在受到恒定持续增大的外力作用下，直到断裂。

究竟发生了怎样的变化呢？

首先，材料在外力作用下，发生弹性形变，遵循胡克定律。

什么叫弹性形变呢？

就是外力消除，材料会恢复原来的尺寸和形状。

当外力继续增大，到一定的数值之后，材料会进入塑性形变期。

材料一旦进入塑性形变，当外力，材料的原尺寸和形状不可恢复！

而这个造成两种形变的的临界点的强度，就是材料的屈服强度！

对应施加的拉力而言，这个临界点的拉力值，叫屈服点。

从晶体角度来说，只有拉力超过屈服点，材料的晶体结合才开始被破坏！

材料的破坏，是从屈服点就已经开始，而不是从断裂的时候开始的！

弄清楚这两个强度怎么来的了，所以说，屈服强度高的材料，能承受的破坏力就大，这是正确的。

但我要说的是不管哪个强度，只拿一个来说事，都不能说明这种材料安全与否或者结实与否！

咱们这里就说钢材吧，别的不说了。

关于屈服强度和抗拉强度还有一个参数，可能知道的人不多，它究竟起什么左右，可能知道的人更少。

这个参数就是屈强比！

屈强比就是屈服强度和抗拉强度的比值。

范围是0~1之间。

屈强比是衡量钢材脆性的指标之一。

屈强比越大，表明钢材屈服强度和抗拉强度的差值越小，钢材的塑性越差，脆性就越大！

为什么这样说呢，这里要引进一个新的指标——延伸率。

通俗一点说就是钢材被拉断后，和原来比，伸长了多少。

这是检验钢材塑性好坏的一个重要指标。

这个数值越大，表明钢材的延展性越好。

上面我说了，当钢材拉伸超过屈服点之后，这个时候的钢材已经不可能恢复原来的尺寸，一直到断裂，钢材都在不断的被拉长。

屈强比越大，屈服强度和抗拉强度的差值越小，那么在的加荷速率不变的情况下，钢材被拉长的时间就越短，那么延伸率就越低。

有点罗嗦了！

下面进入正题！

根据能量守恒定律，能量只能转换或者传递。

当钢材被拉伸的时候，归根结底是能量的转换吸收。

在屈服点之前，钢材处于弹性形变期，外部拉力几乎全部被弹力抵消（转化为弹性势能），外来能量并没有多少被吸收或者转化，只有少量转化为热能。

当过屈服点之后，外力部分被弹力抵消（转化为弹性势能），而部分则被转化为热能，外力的作用于钢材上的能量，主要是在塑性形变期被吸收的！

我上面提到，材料的破坏是从屈服点开始的。

屈强比越低，那么材料从开始破坏到断裂的时间越长，屈强比越高，材料从开始破坏到断裂的时间越短。

能量在屈服点到断裂点之间被大量转化为热能。

所以，单纯说屈服强度高或者抗拉强度高，那么这种材料就一定好或者更安全。

未必！

只有屈服强度高，同时屈强比低的钢材，才更安全一些！

可惜，这样的钢材成本太高，都不大可能被用于民用车辆上。

现在钢材除强度，还有一个重要的指标就是韧性！

到目前为止，我还没有看到那一家车企对所用钢材的韧性如何做一个描述！

基本上都是对钢材的强度大肆渲染！

恰恰相反的是，在绝大多数情况下，提高钢材的强度，往往会降低钢材的韧性！

降低韧性，就是增加脆性！

而钢材的韧性，是关系到钢材安全的一个重要指标

有一个指标可能被车企有意无意的遗忘了——冲击韧性或冲击功。

用相同的力，推你一下或者猛击你一下，哪个对你的伤害大？

答案很明显！

钢材的抗冲击能力高低，才是关系的安全的重要因素！

没见过那次车祸是慢慢加力直到把车拉断的吧？

都是瞬间撞击！

如果你扛不住瞬间作用力，你抗拉强度再大有毛用？

从现在已经直到的钢材来看，凡是大于1000Mpa的强度，大多是抗拉强度，屈服强度超过800Mpa也不是什么困难的事情，比如40Cr这种常见的“万能钢”（基本上属于干啥都行的），一般的调制工艺屈服强度也能接近800Mpa,抗拉强度900MPa以上。

但是三者兼顾，高屈服、高延伸、有良好抗冲击能力就比较难了！

几乎所有的钢材都存在同样的问题，那就是在提高钢材强度的同时，降低钢材的抗冲击能力！

比如10.9级的高强螺栓，抗拉强度在1040-1240MPa为合格，屈服强度大于940Mpa,延伸率大于10%，冲击韧性59J/CM2；而同材质8.8级高强螺栓（低一个级别），抗拉强度在830-1030MPa为合格，屈服强度大于660Mpa,延伸率大于12%，冲击韧性78J/CM2。

所以，对于绝大多数金属材料而言，在提升某些技术指标性能的同时，是以降低某些技术性能指标为代价来实现的。

是不能兼顾的。

钢铁工业是人类最成熟的工业技术之一，没有什么太多的秘密。

钢铁材料的各项技术指标，并非是越高越好，或者越低越好，而是根据需要，将各项指标调整到一个能够兼顾的范围内。

对于我们行业的人而言，钢材除了结构上有问题外（指的产品缺陷），各项技术指标没有好坏之分，要看你在哪里用。

只有用错地方，而没有用错东西一说。