抗拉強(qiáng)度(tensile strength)是金屬由均勻塑性形變向局部集中塑性變形過渡的臨界值,也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。抗拉強(qiáng)度即表征材料最大均勻塑性變形的抗力,拉伸試樣在承受最大拉應(yīng)力之前,變形是均勻一致的,但超出之后,金屬開始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象,即產(chǎn)生集中變形;對于沒有(或很?。┚鶆蛩苄宰冃蔚拇嘈圆牧希从沉瞬牧系臄嗔芽沽?。符號為Rm(GB/T 228-1987舊國標(biāo)規(guī)定抗拉強(qiáng)度符號為σb),單位為MPa。
定義符號
試樣在拉伸過程中,材料經(jīng)過屈服階段后進(jìn)入強(qiáng)化階段后隨著橫向截面尺寸明顯縮小在拉斷時所承受的最大力(Fb),除以試樣原橫截面積(So)所得的應(yīng)力(σ),稱為抗拉強(qiáng)度或者強(qiáng)度極限(σb),單位為N/ (MPa)。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。計算公式為:
σ=Fb/So
式中:Fb--試樣拉斷時所承受的最大力,N(牛頓); So--試樣原始橫截面積,mm2。
抗拉強(qiáng)度( Rm)指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。當(dāng)鋼材屈服到一定程度后,由于內(nèi)部晶粒重新排列,其抵抗變形能力又重新提高,此時變形雖然發(fā)展很快,但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高,直至應(yīng)力達(dá)最大值。此后,鋼材抵抗變形的能力明顯降低,并在最薄弱處發(fā)生較大的塑性變形,此處試件截面迅速縮小,出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象,直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應(yīng)力值稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。
單位:N/mm2(單位面積承受的公斤力)
國內(nèi)測量抗拉強(qiáng)度比較普遍的方法是采用萬能材料試驗機(jī)等來進(jìn)行材料抗拉/壓強(qiáng)度的測定。
對于脆性材料和不成形頸縮的塑性材料,其拉伸最高載荷就是斷裂載荷,因此,其抗拉強(qiáng)度也代表斷裂抗力。對于形成頸縮的塑性材料,其抗拉強(qiáng)度代表產(chǎn)生最大均勻變形的抗力,也表示材料在靜拉伸條件下的極限承載能力。對于鋼絲繩等零件來說,抗拉強(qiáng)度是一個比較有意義的性能指標(biāo)。抗拉強(qiáng)度很容易測定,而且重現(xiàn)性好,與其他力學(xué)性能指標(biāo)如疲勞極限和硬度等存在一定關(guān)系,因此,也作為材料的常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)之一用于評價產(chǎn)品質(zhì)量和工藝規(guī)范等。
頸縮現(xiàn)象和抗拉強(qiáng)度
頸縮現(xiàn)象和意義
頸縮是韌性金屬材料在拉伸實驗時變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象,它是應(yīng)變硬化(物理因素)與截面減?。◣缀我蛩兀┕餐饔玫慕Y(jié)果。在金屬試樣拉伸力-伸長(延伸)曲線極大值b點之前塑性變形是均勻的,因為材料應(yīng)變硬化使試樣承載能力增加,可以補(bǔ)償因試樣截面減小使其承載力的下降。在b點之后,由于應(yīng)變硬化跟不上塑性變形的發(fā)展,使變形集中于試樣局部區(qū)域產(chǎn)生縮頸。在m點之前df>0;在b點之后df<0。b是最大力點,也是局部塑性變形開始點,也稱拉伸失穩(wěn)點或塑性失穩(wěn)點。
抗拉強(qiáng)度的實際意義
1)σb標(biāo)志韌性金屬材料的實際承載能力,但這種承載能力僅限于光滑試樣單向拉伸的受載條件,而且韌性材料的σb不能作為設(shè)計參數(shù),因為σb對應(yīng)的應(yīng)變遠(yuǎn)非實際使用中所要達(dá)到的。如果材料承受復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),則σb就不代表材料的實際有用強(qiáng)度。由于σb代表實際機(jī)件在靜拉伸條件下的最大承載能力,且σb易于測定,重現(xiàn)性好,所以是工程上金屬材料的重要力學(xué)性能標(biāo)志之一,廣泛用作產(chǎn)品規(guī)格說明或質(zhì)量控制指標(biāo)。
2)對脆性金屬材料而言,一旦拉伸力達(dá)到最大值,材料便迅速斷裂了,所以σb就是脆性材料的斷裂強(qiáng)度,用于產(chǎn)品設(shè)計,其許用應(yīng)力便以σb為判據(jù)。
3)σ的高低取決于屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化指數(shù)。在屈服強(qiáng)度一定時,應(yīng)變硬化指數(shù)越大,σb也越高。
4)抗拉強(qiáng)度σb與布氏硬度HBW、疲勞極限σ-1之間有一定的經(jīng)驗關(guān)系。
材質(zhì)分類
張拉膜抗拉強(qiáng)度
膜材在純拉伸力的作用下,不致斷裂時所能承受的最大荷載與受拉伸膜材寬度的比值,通常用N/3cm來表示。它分為經(jīng)向和緯向抗拉強(qiáng)度。
經(jīng)向抗拉強(qiáng)度:沿膜材經(jīng)線方向拉伸時的抗拉強(qiáng)度。
緯向抗拉強(qiáng)度:沿膜材緯線方向拉伸時的抗拉強(qiáng)度。
混凝土抗拉強(qiáng)度
混凝土承受拉應(yīng)力時的極限強(qiáng)度遠(yuǎn)比混凝土抗壓強(qiáng)度為小,只有立方體抗壓強(qiáng)度的1/17~1/8。凡影響抗壓強(qiáng)度的因素,對抗拉強(qiáng)度也有相應(yīng)的影響。但不同因素對抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的影響程度卻不同。例如水泥用量增加,可使抗壓強(qiáng)度增加較多,而抗拉強(qiáng)度則增加較少。用碎石拌制的混凝土,其抗拉強(qiáng)度比用卵石的為大,而骨料形狀對抗壓強(qiáng)度的影響則相對較小。各國測定混凝土抗拉強(qiáng)度的方法不盡相同,中國近年來采用的直接受拉法,其試件是用鋼模澆筑成型的150mm×150mm×550mm的棱柱體試件,兩端設(shè)有埋深為125mm的對中帶肋鋼筋(直徑是6mm),用于施加軸心拉力。軸心受拉試件安裝時不易對中,拉力易有偏心,因此國內(nèi)外也有采用劈裂實驗測定混凝土抗拉強(qiáng)度的。
巖石的抗拉強(qiáng)度
巖石的抗拉強(qiáng)度是指巖石試件在受到軸向拉應(yīng)力后其試件發(fā)生破壞時單位面積所能承受的最大拉力。
由于巖石是一種具有許多微裂隙的介質(zhì),在進(jìn)行抗拉強(qiáng)度實驗時,巖石試件的加工和實驗環(huán)境的易變性,使得試驗的結(jié)果不是很理想,經(jīng)常出現(xiàn)一些意外的現(xiàn)象,實驗值與實際的抗拉強(qiáng)度存在著較大的偏差。實驗值與實際的抗拉強(qiáng)度存在著較大的偏差。人們對其試驗方法進(jìn)行了大量的研究,提出了多種求得抗拉強(qiáng)度值的方法。以下介紹四種巖石抗拉強(qiáng)度試驗方法:直接拉伸法、抗彎法、劈裂法、點荷載試驗法。