鋼結(jié)構(gòu)材料抗拉強(qiáng)度測(cè)試

抗拉強(qiáng)度（tensile strength）：試樣拉斷前承受的最大標(biāo)稱(chēng)拉應(yīng)力

抗拉強(qiáng)度是金屬由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過(guò)渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。對(duì)于塑性材料，它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(kāi)始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形；對(duì)于沒(méi)有(或很小)均勻塑性變形的脆性材料，它反映了材料的斷裂抗力。符號(hào)為RM，單位為MPA。

試樣在拉伸過(guò)程中，材料經(jīng)過(guò)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(shí)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(chēng)為抗拉強(qiáng)度或者強(qiáng)度極限（σb），單位為N/mm2（MPa）。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。

計(jì)算公式為：σ=Fb/So

式中：Fb--試樣拉斷時(shí)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(shí)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(chēng)為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。

單位:kn/mm2(單位面積承受的公斤力)

抗拉強(qiáng)度：Tensile strength.

抗拉強(qiáng)度=Eh，其中E為楊氏模量，h為材料厚度

目前國(guó)內(nèi)測(cè)量抗拉強(qiáng)度比較普遍的方法是采用wanneng材料試驗(yàn)機(jī)等來(lái)進(jìn)行材料抗拉/壓強(qiáng)度的測(cè)定!

屈服強(qiáng)度（yield strength）

屈服強(qiáng)度：是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，亦即抵抗微量塑性變形的應(yīng)力。對(duì)于無(wú)明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限，稱(chēng)為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度。大于此極限的外力作用，將會(huì)使零件yongjiu失效，無(wú)法恢復(fù)。如低碳鋼的屈服極限為207MPa，當(dāng)大于此極限的外力作用之下，零件將會(huì)產(chǎn)生yongjiu變形，小于這個(gè)的，零件還會(huì)恢復(fù)原來(lái)的樣子。

yield strength，又稱(chēng)為屈服極限 ，常用符號(hào)δs，是材料屈服的臨界應(yīng)力值。

（1）對(duì)于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力（屈服值）；

（2）對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應(yīng)力-應(yīng)變的直線(xiàn)關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值（通常為0.2%的原始標(biāo)距）時(shí)的應(yīng)力。通常用作固體材料力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是材料的實(shí)際使用極限。因?yàn)樵趹?yīng)力超過(guò)材料屈服極限后產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)變?cè)龃?，使材料失效，不能正常使用?/p>

當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，進(jìn)入屈服階段后，變形增加較快，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后，塑性應(yīng)變急劇增加，應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)微小波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱(chēng)為下屈服點(diǎn)和上屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱(chēng)為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度(ReL或Rp0.2)。

a．屈服點(diǎn)yield point（σs）

試樣在試驗(yàn)過(guò)程中力不增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)（變形）時(shí)的應(yīng)力。

b．上屈服點(diǎn)upper yield point（σsu）

試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力。

c．下屈服點(diǎn)lower yield point（σSL）

當(dāng)不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中的最小應(yīng)力。

有些鋼材(如高碳鋼)無(wú)明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形(0.2%)時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱(chēng)為條件屈服強(qiáng)度（yield strength）。

首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形（外力撤銷(xiāo)后可以恢復(fù)原來(lái)形狀）和塑性變形（外力撤銷(xiāo)后不能恢復(fù)原來(lái)形狀，形狀發(fā)生變化，伸長(zhǎng)或縮短）。

所謂屈服，是指達(dá)到一定的變形應(yīng)力之后，金屬開(kāi)始從彈性狀態(tài)非均勻的向彈-塑性狀態(tài)過(guò)渡，它標(biāo)志著宏觀(guān)塑性變形的開(kāi)始。

斷面收縮率（percentage reduction of area 、reduction of area）

伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。伸長(zhǎng)率越大或斷面收縮率越高，說(shuō)明鋼材塑性越大。鋼材塑性大，不僅便于進(jìn)行各種加工，而且能保證鋼材在建筑上的安全使用。因?yàn)殇摬牡乃苄宰冃文苷{(diào)整局部高峰應(yīng)力，使之趨于平緩，以免引起建筑結(jié)構(gòu)的局部破壞及其所導(dǎo)致的整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞；鋼材在塑性破壞前，有很明顯的變形和較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于人們發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。

硬度（Hardness）

（1）、洛氏硬度

是以壓痕塑性變形深度來(lái)確定硬度值指標(biāo)。以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位。當(dāng)HB>450或者試樣過(guò)小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來(lái)表示：

HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。

HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。

HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。

（2）、布氏硬度

布氏硬度(HB)一般用于材料較軟的時(shí)候，如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度較高的材料，如熱處理后的硬度等等。

布氏硬度(HB)是以一定大小的試驗(yàn)載荷，將一定直徑的淬硬鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬表面，保持規(guī)定時(shí)間，然后卸荷，測(cè)量被測(cè)表面壓痕直徑。布氏硬度值是載荷除以壓痕球形表面積所得的商。一般為：以一定的載荷將一定大小的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。測(cè)試載荷與測(cè)試鋼球的直徑需根據(jù)材料的實(shí)際性能再確定。

（3）、維氏硬度

維氏硬度試驗(yàn)方法是英國(guó)史密斯（R.L.Smith）和塞德蘭德（C.E.Sandland）于1925年提出的。英國(guó)的維克斯—阿姆斯特朗（Vickers-Armstrong）公司試制了第一臺(tái)以此方法進(jìn)行試驗(yàn)的硬度計(jì)。和布氏、洛氏硬度試驗(yàn)相比，維氏硬度試驗(yàn)測(cè)量范圍較寬，從較軟材料到超硬材料，幾乎涵蓋各種材料。

維氏硬度的測(cè)定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來(lái)計(jì)算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗(yàn)的壓頭是金剛石的正四棱錐體。試驗(yàn)時(shí)，在一定載荷的作用下，試樣表面上壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，借以計(jì)算壓痕的表面積，載荷除以表面積的數(shù)值就是試樣的硬度值，用符號(hào)HV表示。

（4）、里氏硬度

里氏硬度是以HL表示，里氏硬度測(cè)試技術(shù)是由瑞士狄爾馬，里伯博士發(fā)明的，它是用一定質(zhì)量的裝有碳化鎢球頭的沖擊體，在一定力的作用下沖擊試件表面，然后反彈。由于材料硬度不同，撞擊后的反彈速度也不同。在沖擊裝置上安裝有永磁材料，當(dāng)沖擊體上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其外圍線(xiàn)圈便感應(yīng)出與速度成正比的電磁信號(hào)，再通過(guò)電子線(xiàn)路轉(zhuǎn)換成里氏硬度值。

（5）、肖氏硬度

簡(jiǎn)稱(chēng)HS。表示材料硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。由英國(guó)人肖爾(Albert F.Shore)首先提出。

應(yīng)用彈性回跳法將撞銷(xiāo)從一定高度落到所試材料的表面上而發(fā)生回跳。撞銷(xiāo)是一只具有jianduan的小錐，jianduan上常鑲有金剛鉆。測(cè)試數(shù)值為1000x撞銷(xiāo)返回速度/撞銷(xiāo)初始速度（即為碰撞前后的速度比乘以1000）

（6）、巴氏硬度

巴柯?tīng)?Barcol)硬度(簡(jiǎn)稱(chēng)巴氏硬度), 最早由美國(guó) Barber-Colman公司提出，是近代國(guó)際上廣泛采用的一種硬度門(mén)類(lèi)，　一定形狀的硬鋼壓針，在標(biāo)準(zhǔn)彈簧試驗(yàn)力作用下，壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義每壓入0.0076mm為一個(gè)巴氏硬度單位。巴氏硬度單位表示為HBa。

（7）、努氏硬度

努氏硬度是作為juedui數(shù)值而測(cè)得的硬度，主要在加工方面使用該數(shù)值。一般來(lái)說(shuō)，金剛石的努氏硬度為7000~8000千克/平方毫米

（8）、韋氏硬度

一定形狀的硬鋼壓針，在標(biāo)準(zhǔn)彈簧試驗(yàn)力作用下壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義mm的壓入深度為一個(gè)韋氏硬度單位。韋氏硬度單位表示為HW。