1．抗拉性能
抗拉性能是鋼材最主要的技術(shù)性能，通過拉伸試驗(yàn)可以測得屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率，這些是鋼材的重要技術(shù)性能指標(biāo)。
低碳鋼的抗拉性能可用受拉時的應(yīng)力一應(yīng)變圖來闡明。
低碳鋼從受拉到拉斷，經(jīng)歷了如下四個階段：
(1)彈性階段
oa為彈性階段。在oa范圍內(nèi)，隨著荷載的增加，應(yīng)力和應(yīng)變成比例增加。如卸去荷載，則恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱為彈性。oa是一直線，在此范圍內(nèi)的變形，稱為彈性變形。a點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力稱為彈性極限，用σP表示。在這一范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的比值為一常量，稱為彈性模量，用E表示，即。彈性模量反映了鋼材的剛度。是鋼材在受力條件下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的重要指標(biāo)。碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的彈性模量E=(2.0～2.1)×105MPa，彈性極限σP=(180～200)MPa。
(2)屈服階段
ab為屈服階段。在ab曲線范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變不能成比例變化。應(yīng)力超過σP后，即開始產(chǎn)生塑性變形。應(yīng)力到達(dá)Reh之后，變形急劇增加，應(yīng)力則在不大的范圍內(nèi)波動，直到b點(diǎn)止。Reh點(diǎn)是上屈服強(qiáng)度，ReL點(diǎn)是下屈服強(qiáng)度，ReL也可稱為屈服極限，當(dāng)應(yīng)力到達(dá)ReL時，鋼材抵抗外力能力下降，發(fā)生“屈服”現(xiàn)象。ReL是屈服階段應(yīng)力波動的次低值，它表示鋼材在工作狀態(tài)允許達(dá)到的應(yīng)力值，即在ReL之前，鋼材不會發(fā)生較大的塑性變形。故在設(shè)計(jì)中一般以下屈服強(qiáng)度作為強(qiáng)度取值的依據(jù)。碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的ReL應(yīng)不小于235MPa。
(3)強(qiáng)化階段
bc為強(qiáng)化階段。過b點(diǎn)后，抵抗塑性變形的能力又重新提高，變形發(fā)展速度比較快，隨著應(yīng)力的提高而增加。對應(yīng)于最高點(diǎn)C的應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度，用Rm表示，(Fm為c點(diǎn)時荷載，S0為試件受力截面面積)。
抗拉強(qiáng)度不能直接利用，但下屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的比值(即屈強(qiáng)比ReL／Rm)卻能反映鋼材的安全可靠程度和利用率。屈強(qiáng)比越小，表明材料的安全性和可靠性越高，材料不易發(fā)生危險的脆性斷裂。如果屈強(qiáng)比太小，則利用率低，造成鋼材浪費(fèi)。碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的Rm應(yīng)不小于375MPa，屈強(qiáng)比在0.58～0.63之間。
對于在外力作用下屈服現(xiàn)象不明顯的硬鋼類，規(guī)定產(chǎn)生殘余變形為0.2%L0時的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，用表示。
(4)頸縮階段
cd為頸縮階段。過C點(diǎn)，材料抵抗變形的能力明顯降低。在cd范圍內(nèi)，應(yīng)變迅速增加，而應(yīng)力則反而下降，變形不能再是均勻的。鋼材被拉長，并在變形最大處發(fā)生“頸縮”，直至斷裂。
將拉斷的鋼材拼合后，測出標(biāo)距部分的長度，便可按下式求得其斷后伸長率A：
式中L0——試件原始標(biāo)距長度，mm；
Lu——試件拉斷后標(biāo)距部分的長度，mm。
以A和分別表示L0=5d0和L0=10d0時的斷后伸長率，d0為試件的原直徑或厚度。對于同一鋼材，A大于。
伸長率反映了鋼材的塑性大小，在工程中具有重要意義。塑性大，鋼質(zhì)軟，結(jié)構(gòu)塑性變形大，影響使用。塑性小，鋼質(zhì)硬脆，超載后易斷裂破壞。塑性良好的鋼材，偶爾超載、產(chǎn)生塑性變形，會使內(nèi)部應(yīng)力重新分布，不致由于應(yīng)力集中而發(fā)生脆斷。
2．沖擊韌性
沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載作用的能力。
鋼材的沖擊韌性是用標(biāo)準(zhǔn)試件(中部加工有V型或U型缺口)，在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊彎曲試驗(yàn)后確定，試件缺口處受沖擊破壞后，以缺口底部處單位面積上所消耗的功，即為沖擊韌性指標(biāo)，用沖擊韌性值ak(J／cm2)表示。ak越大，表示沖斷試件時消耗的功越多，鋼材的沖擊韌性越好。
鋼材進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，能較全面地反映出材料的品質(zhì)。鋼材的沖擊韌性對鋼的化學(xué)成分、組織狀態(tài)、冶煉和軋制質(zhì)量，以及溫度和時效等都較敏感。
3．耐疲勞性
鋼材在交變荷載反復(fù)作用下，在遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度時發(fā)生突然破壞，這種破壞叫疲勞破壞。疲勞破壞的危險應(yīng)力用疲勞極限或疲勞強(qiáng)度表示。它是指鋼材在交變荷載作用下，于規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。
鋼材耐疲勞強(qiáng)度的大小與內(nèi)部組織、成分偏析及各種缺陷有關(guān)。同時鋼材表面質(zhì)量、截面變化和受腐蝕程度等都影響其耐疲勞性能。
4．硬度
表示鋼材表面局部體積內(nèi)，抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力，是衡量鋼材軟硬程度的一個指標(biāo)。
測定鋼材硬度的方法有布氏法、洛氏法和維氏法。常用的是布氏法和洛氏法。
|
