鋼材力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)

鋼材的基本力學(xué)性能指標(biāo)1.強(qiáng)度-屈服強(qiáng)度：鋼材開始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的應(yīng)力，用符號(hào)\(σ_s\)表示（對(duì)于沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的鋼材，規(guī)定產(chǎn)生殘余塑性變形為0.2%時(shí)的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度，稱條件屈服強(qiáng)度，用\(σ_{0.2}\)表示）。屈服強(qiáng)度是鋼材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度取值的依據(jù)，因?yàn)殇摬倪_(dá)到屈服強(qiáng)度后，變形會(huì)急劇增大，結(jié)構(gòu)將不能正常工作。-抗拉強(qiáng)度：鋼材在拉伸過(guò)程中所能承受的最大應(yīng)力，用符號(hào)\(σ_b\)表示。抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之比（\(σ_b/σ_s\)）稱為強(qiáng)屈比，它反映鋼材的安全儲(chǔ)備，強(qiáng)屈比越大，鋼材受力超過(guò)屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠性越大，結(jié)構(gòu)安全性越高。2.塑性-伸長(zhǎng)率：鋼材在拉伸斷裂后，標(biāo)距段的總變形與原標(biāo)距長(zhǎng)度之比，用符號(hào)\(δ\)表示。伸長(zhǎng)率越大，表明鋼材的塑性越好。塑性好的鋼材在受力超過(guò)屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著的塑性變形而不立即斷裂，可使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力重分布，從而避免結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞。-斷面收縮率：鋼材在拉伸斷裂后，縮頸處斷面縮小面積與原斷面面積之比，用符號(hào)\(ψ\)表示。它也是衡量鋼材塑性的指標(biāo)，\(ψ\)值越大，塑性越好。3.沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載而不被破壞的能力，用沖擊吸收功\(A_k\)表示（單位為焦耳，J）。鋼材的沖擊韌性隨溫度的降低而下降，當(dāng)溫度下降到某一范圍時(shí)，沖擊吸收功急劇下降，鋼材的脆性明顯增加，這種現(xiàn)象稱為鋼材的冷脆性。發(fā)生冷脆時(shí)的溫度稱為脆性臨界溫度，脆性臨界溫度越低，鋼材的低溫沖擊性能越好。4.硬度硬度是指鋼材抵抗硬物壓入其表面的能力。常用的硬度測(cè)定方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）等。鋼材的硬度與強(qiáng)度有一定關(guān)系，一般強(qiáng)度越高，硬度越高。鋼材的彈性與塑性變形1.彈性變形在彈性范圍內(nèi)，鋼材的應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，符合胡克定律，即\(σ=Eε\)，其中\(zhòng)(σ\)為應(yīng)力，\(ε\)為應(yīng)變，\(E\)為彈性模量。彈性模量反映鋼材抵抗彈性變形的能力，\(E\)值越大，在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形越小。鋼材在彈性范圍內(nèi)受力，外力去除后，變形能完全恢復(fù)，不留殘余變形。2.塑性變形當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度后，鋼材開始產(chǎn)生塑性變形。塑性變形是不可逆的，外力去除后，變形不能完全恢復(fù)，會(huì)留下殘余變形。鋼材的塑性變形能力對(duì)其加工和使用有重要意義，例如在鋼材的軋制、鍛造等加工過(guò)程中，利用其塑性可以制成各種形狀的鋼材產(chǎn)品；在結(jié)構(gòu)使用中，塑性變形能使結(jié)構(gòu)在局部應(yīng)力集中時(shí)，通過(guò)塑性流動(dòng)調(diào)整應(yīng)力分布，避免結(jié)構(gòu)因應(yīng)力集中而發(fā)生突然破壞。鋼材的疲勞性能1.疲勞現(xiàn)象鋼材在交變應(yīng)力作用下，在遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度甚至低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力下突然發(fā)生斷裂破壞的現(xiàn)象，稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞的特點(diǎn)是斷裂時(shí)沒(méi)有明顯的塑性變形，呈脆性斷裂特征。2.疲勞強(qiáng)度鋼材在交變應(yīng)力作用下，在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。影響鋼材疲勞強(qiáng)度的因素主要有應(yīng)力集中、應(yīng)力幅、循環(huán)次數(shù)等。應(yīng)力集中會(huì)使鋼材局部應(yīng)力增大，降低疲勞強(qiáng)度，因此在鋼材構(gòu)件設(shè)計(jì)和加工時(shí)，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中的影響，如避免尖銳的缺口、改善構(gòu)件的外形等；應(yīng)力幅越大，疲勞強(qiáng)度越低；循環(huán)次數(shù)越多，發(fā)生疲勞破壞的可能性越大。鋼材的力學(xué)性能影響因素1.化學(xué)成分-碳：碳是決定鋼材性能的主要元素。隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降，可焊性和冷彎性能變差。當(dāng)含碳量超過(guò)1%時(shí)，鋼材的強(qiáng)度反而下降。-硅：硅是有益元素，適量的硅可提高鋼材的強(qiáng)度，而對(duì)塑性和韌性無(wú)明顯影響。-錳：錳也是有益元素，能消除硫和氧引起的熱脆性，使鋼材的熱加工性能改善，同時(shí)能提高鋼材的強(qiáng)度和硬度。-硫、磷：硫是有害元素，會(huì)導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生熱脆性，使鋼材的可焊性、沖擊韌性、耐疲勞性和抗腐蝕性等均降低；磷是有害元素，會(huì)使鋼材產(chǎn)生冷脆性，降低鋼材的塑性、韌性和可焊性。2.加工工藝-熱軋：熱軋能使鋼材的組織致密，改善鋼材的力學(xué)性能，一般熱軋鋼材的強(qiáng)度和塑性都較好。-冷軋：冷軋使鋼材產(chǎn)生加工硬化，強(qiáng)度提高，但塑性和韌性下降。-熱處理：通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕缤嘶?、正火、淬火、回火等，可以顯著