抗拉強度、屈服強度及伸長率
日期:2022-06-07 瀏覽次數:
在一個拉伸試驗試棒上進行拉伸試驗測量,得到如圖 1所示的材料拉伸應力-應變曲線。
抗拉強度( R m )是金屬材料最通用的特性。是金屬材料在拉伸斷裂前所能夠承受的最大拉應力。
屈服強度指金屬材料在出現屈服現象時所能承受的最大應力。當應力超過彈性極限后,變形增加較快,此時除了產生彈性變形外,還產生部分塑性變形。當應力達到一定值后,塑性應變急劇增加,曲線出現一個波動的小平臺,這種現象稱為屈服。這一階段的最大、最小應力點分別稱為上屈服點和下屈服點。由于下屈服點的數值較為穩定,因此以它作為材料抗力的指標,稱為屈服點或屈服強度( R el 或 R p0.2 )。

伸長率( δ ):金屬材料在拉伸斷裂后,總伸長與原始標距長度的百分比。伸長率是描述材料塑性大小的參數。材料伸長率數值越大,其塑性變形能力越強。而塑性一般又與強度、硬度有關,一般伸長率越大,塑性就越大,強度、硬度就越小。
鐵素體球鐵的伸長率是相當高的,可以說鐵素體類球鐵與鋼有相同水平的伸長率;珠光體球墨鑄鐵伸長率較低,從 1%~3%,但并不意味著它是易碎的。與片狀石墨鑄鐵的 0.3%~0.7% 伸長率相比,還是較高的。珠光體的伸長率較低,是因為其內部自由碳的存在,盡管石墨相仍以球狀存在。圖 2顯示了抗拉強度、屈服強度和硬度之間的關系。

鐵素體組織具有最低的抗拉強度、屈服強度和最高的伸長率。沒有回火的馬氏體組織將具有最高的抗拉強度、屈服強度和最低的伸長率。性能介于鐵素體與馬氏體之間的是珠光體和貝氏體。

2)錳含量的增加會增加抗拉強度和屈服強度,但降低伸長率,鎳和銅含量的增加會增加抗拉強度,由于材料同時受到其他元素的影響,因此很難預測。通常根據鑄造經驗來進行合金化處理。殘余錳(鎂)越低、鉛的質量分數越高,球化率就越低。鉛含量的影響非常大。當鉛存在時,對球化率的消極影響較大。
在鑄態下,硅的質量分數增加屈服強度同伸長率一樣增加。這種影響一直到硅的質量分數 4%~5% 是有效的,超過這個的質量分數,材料很快變脆。由于球化率對球墨鑄鐵的力學性能影響很大,很難像灰鑄鐵那樣找到合適的公式通過化學成分和壁厚計算球墨鑄鐵鑄件的抗拉強度。
抗拉強度( R m )是金屬材料最通用的特性。是金屬材料在拉伸斷裂前所能夠承受的最大拉應力。
屈服強度指金屬材料在出現屈服現象時所能承受的最大應力。當應力超過彈性極限后,變形增加較快,此時除了產生彈性變形外,還產生部分塑性變形。當應力達到一定值后,塑性應變急劇增加,曲線出現一個波動的小平臺,這種現象稱為屈服。這一階段的最大、最小應力點分別稱為上屈服點和下屈服點。由于下屈服點的數值較為穩定,因此以它作為材料抗力的指標,稱為屈服點或屈服強度( R el 或 R p0.2 )。

圖 1 材料拉伸應力-應變曲線
球墨鑄鐵材料在拉伸應力應變時無明顯的屈服變形,通常以發生微量的塑性變形(0.2%)時的應力作為該材料的屈服強度,稱為條件屈服強度。伸長率( δ ):金屬材料在拉伸斷裂后,總伸長與原始標距長度的百分比。伸長率是描述材料塑性大小的參數。材料伸長率數值越大,其塑性變形能力越強。而塑性一般又與強度、硬度有關,一般伸長率越大,塑性就越大,強度、硬度就越小。
鐵素體球鐵的伸長率是相當高的,可以說鐵素體類球鐵與鋼有相同水平的伸長率;珠光體球墨鑄鐵伸長率較低,從 1%~3%,但并不意味著它是易碎的。與片狀石墨鑄鐵的 0.3%~0.7% 伸長率相比,還是較高的。珠光體的伸長率較低,是因為其內部自由碳的存在,盡管石墨相仍以球狀存在。圖 2顯示了抗拉強度、屈服強度和硬度之間的關系。

圖 2 抗拉強度、屈服強度及硬度之間的關系
影響拉伸性能的主要因素是金相組織、球化率、石墨含量和碳化物、壁厚及合金元素等因素。鐵素體組織具有最低的抗拉強度、屈服強度和最高的伸長率。沒有回火的馬氏體組織將具有最高的抗拉強度、屈服強度和最低的伸長率。性能介于鐵素體與馬氏體之間的是珠光體和貝氏體。
球化率越高,球墨鑄鐵的強度就越高,如果球化率高于 80%,抗拉強度和伸長率的損失將很小。如果低于 80%,損失將迅速地增加。因此通常要求球化率控制在 80% 以上。屈服強度減少比抗拉強度慢,即 R p 0.2 / R m 比例增加。球化率對珠光體球墨鑄鐵鐵的影響見表 1 。
表 1 球化率對珠光體球墨鑄鐵的影響
對碳化物而言情況有所不同,隨著碳化物數量增加,抗拉強度和伸長率減少,而屈服強度增加。碳化物的分布越是不連續的(沒有網狀物),對球化率的負面影響越小,碳化物含量對球化率的影響見表 2。
表 2 碳化物含量對球化率的影響
球墨鑄鐵對壁厚敏感性沒有灰鑄鐵強。特別是鐵素體類型沒有那么敏感。鑄鐵材料越厚,強度越低,鐵素體組織的靈敏性也越低。見表 3 。
表 3 厚度對球墨鑄鐵的影響

注:300/50 是指 300mm 壁厚相對于 50mm 的壁厚的性能減少比例。
合金元素的影響如下:
1)高碳含量可以引起石墨漂浮。截面較厚、澆注溫度較高,向上漂浮的石墨將較多。這個區域將呈現較低的性能。2)錳含量的增加會增加抗拉強度和屈服強度,但降低伸長率,鎳和銅含量的增加會增加抗拉強度,由于材料同時受到其他元素的影響,因此很難預測。通常根據鑄造經驗來進行合金化處理。殘余錳(鎂)越低、鉛的質量分數越高,球化率就越低。鉛含量的影響非常大。當鉛存在時,對球化率的消極影響較大。
在鑄態下,硅的質量分數增加屈服強度同伸長率一樣增加。這種影響一直到硅的質量分數 4%~5% 是有效的,超過這個的質量分數,材料很快變脆。由于球化率對球墨鑄鐵的力學性能影響很大,很難像灰鑄鐵那樣找到合適的公式通過化學成分和壁厚計算球墨鑄鐵鑄件的抗拉強度。
摘自現代鑄鐵技術
- 上一條:彈性模量
- 下一條:鑄鐵石墨分類.形態.分級.大小
推薦資訊
更多>>