09,2024年XNUMX月

在材料科学中，强度是用于任何应用的每种材料的支柱。本文将定制两个重要特性，即屈服强度和拉伸强度，它们可能看起来相似或相互关联，但在实际情况中，它们都代表了某种材料在负载或应力下的不同方面。了解这两种属性之间的差异和相似之处对于定制任何应用程序以确保安全性、弹性和寿命等因素至关重要。除此之外，ASTM 标准强烈影响这些机械性能之间的差异，对于任何应用的材料选择和设计至关重要且敏感。

当满足各种应用的特定要求时，机械性能在材料科学领域发挥着重要作用。无论哪个行业，从航空航天到汽车，再到制造业，这些特性对于材料的选择和设计都至关重要。在所有其他性能中，我们最关注的是拉伸强度和屈服强度。导致材料永久变形的点是指其屈服强度，而材料在失效前所能承受的最大载荷或应力是指其抗拉强度。

除此之外，主要机械性能如下：

图 1. 机械性能

屈服强度是某种材料在不导致永久变形的情况下的最大承载能力。因此，是从弹性区域到塑性区域的转变点。

该属性的重要性可以根据其在处理材料设计和结构完整性时的作用的重要性来确定，证明其本身是材料安全操作的关键参数。其次，这一特性有助于工程师研究并确定材料在失效前可以承受多少负载。

弹性变形与塑性变形：

表 1. 弹性变形与塑性变形

方面

弹性变形

塑性变形

定义

移除后施加力，材料恢复其原始形状，即变形是暂时的

材料保持其改变的形状，即永久变形。

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应力应变线性关系

应力应变非线性关系。

对压力的反应

可逆反应

不可逆反应

应力应变曲线

初始区域中的线性部分。

没有明显的线性部分。

能量吸收

能量以弹性方式储存，并在应力消除时释放。

原子或分子键的内部重排会导致能量耗散。

应用

弹簧、橡皮筋

金属成型、锻造

在材料选择和设计中的作用：

以铁和碳为主要成分，并添加少量锰、硅、硫等其他合金元素的钢称为碳钢。碳含量在 0.05%-2% 之间，影响其屈服强度和其他各种机械性能。高碳含量由于固溶强化机制而提高了屈服强度，而过量的碳会导致钢脆化。

图2.碳素钢

热处理和环境条件也对材料的屈服强度有显着影响。

                确定曲线上的屈服点，然后与该点对应的应力就是材料的屈服强度。此外，如果正确定义了材料屈服点，则可以直接从屈服点处的应力轴读取读数，否则可以采用不同的方法，即0.2％偏移方法。该方法包括在曲线的线性部分绘制平行线并用应变百分比数对其进行偏移。

有多种方法可用于确定屈服强度。常见的如下：

拉伸测试：

偏移方法：

这些方法遵循 ASTM 和 ISO 等组织制定的既定标准，确保屈服强度测量的效率、精度和一致性。

无故障的最大承载能力定义为抗拉强度。这一特性使工程师能够评估拉力，即材料在不造成永久性损坏的情况下可以承受的拉力下的拉伸或伸长。

极限应力点和极限强度：

极限应力点是指某种材料破裂时的点，此时应力的合成值称为极限强度或极限拉伸强度（UTS），它是材料在完全破坏之前所能承受的最高应力。

与材料失效的关系：

拉伸强度是任何材料了解其在张力下失效的关键参数。当受到拉伸载荷时，材料会发生变形，即从弹性区域变为塑性区域。最终，当施加的载荷超过材料的拉伸强度时，就会导致断裂点，最终导致断裂。

钢抗拉强度的决定因素包括与材料类型、微观结构、制造工艺和应用材料相关的各种因素。

材料类型和微观结构：

材料的类型和微观结构在决定拉伸强度时起着至关重要的作用。这可以通过马氏体转变和沉淀硬化双相不锈钢为例进一步解释，与奥氏体钢相比，其具有更高的拉伸强度。

除此之外，Cr、Mb 和 Ni 等合金元素对钢部件的机械和耐腐蚀性能也有很大影响。例如，446 等高铬铁素体牌号表现出高热强度。

制造工艺和应用材料：

以下是拉伸试验所用的设备：

拉力试验机：

图3. 拉力试验机

引伸计：

图 4. 引伸计

以下步骤用于确定材料的强度：

表 2. 屈服强度与拉伸强度

屈服强度

抗拉强度

适用于韧性材料

适用于脆性材料。

估计多轴应力状态。

仅在单轴载荷下进行检查。

考虑估计值。

100% 准确度的精确值

在塑性区点确定。

在断裂点确定。

优酷链接：

https://youtu.be/ad6HrMoONow?si=YIzCFYzHRyinhlI9

应力-应变曲线的图形表示：

图 5. 显示屈服强度和拉伸强度的应力-应变曲线

表3. 不同材料的屈服强度和拉伸强度

材料

屈服强度 (MPa)

拉伸强度（MPa）

低碳钢

250到400

400到550

中C钢

400到600

550到800

高碳钢

600到1000

800到1500

铝6061

240

310

铝7075

450

570

钛级1

240

240

钛级5

880

950

在数控加工中：

为了获得所需的加工产品，材料选择始终是 CNC 加工中的一个重要方面。不锈钢或钛被认为是具有高抗拉强度的材料，与黄铜、铝等低屈服强度材料相比，需要指定的参数。

在设计中：

设计是为特定应用选择材料时需要考虑的另一件事。为了防止材料过早或过早断裂，高拉伸强度至关重要，特别是在承受高负载或应力应用时。

出于安全考虑：

出于安全考虑，该属性起着重要作用，因为它提供了重要信息，工程师可以根据这些信息针对特定应用做出选择。正如定义本身所说，屈服强度表示永久变形之前的点。

延展性示例和弯曲分子几何形状：

需要复杂的几何形状或需要一定程度的弯曲的应用更喜欢高延展性材料，例如铝合金和各种钢种。这种材料可以塑性变形而没有任何永久损坏或断裂，即材料失效。因此，它们可以确保优化的性能和功能，特别是在弯曲的分子几何形状中，允许在保证结构完整性的情况下制造复杂的几何形状。例子包括建筑结构和汽车车身部件。

残余应力对材料结构的完整性和可靠性有很大影响。因此，各种应力缓解技术在材料科学中至关重要。有多种方法可以缓解和减少制造过程中可能产生的内应力。

材料特性的作用对于修改和塑造组件的设计至关重要。对材料稳定性有强烈影响和依赖性的各种因素包括强度、延展性和导热性。

材料限制是需要了解的重要因素，特别是对于保证结构完整性和安全裕度而言。分析和解释材料可以承受的最大载荷或应力对于防止任何灾难性故障至关重要。

技术数据中经常使用括号来表示补充信息或单位。理解和解释何时在材料科学数据解释中使用括号对于精确传达信息和保证技术交流的准确性至关重要。

两者非常密切相关，但在某种程度上具有不同的机械性能。区别仅在于失效前应力应变曲线上的最高应力点是指极限强度。另一方面，最大负载或应力材料可以承受拉力以获得抗拉强度。

材料科学中的误解需要像其他重要方面一样得到解决，以便在工程和设计的不同应用中获得更高的准确性。有许多术语和主题，例如硬度和韧性的关系、温度对材料各种性能的影响，以及最重要的微观结构对材料成分行为的影响。

本文有几个要点如下：

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