影响屈服强度的因素

影响屈服强度的因素金属材料一般是多晶体合金，往往具有多相组织，因此，讨论影响屈服强度的因素，必须注意以下几点：①屈服变形是位错增殖和运动的结果；②实际金属材料的力学行为是由许多晶粒综合作用的结果；③各种外界因素通过影响位错运动而影响屈服强度。以下我们将从内、外两方面因素来进行分析。影响屈服强度的因素（一）影响屈服强度的内在因素1、金属本性及晶格类型2、晶粒大小和亚结构3、溶质元素4、第二相（二）影响屈服强度的内在因素1、温度2、应变速率3、应力状态（一）影响屈服强度的内在因素1、金属本性及晶格类型纯金属单晶体的屈服强度由位错运动时所受到的阻力决定的，这些阻力有晶格阻力、位错间交互作用产生的阻力等。晶格阻力即派纳力。派纳力与位错宽度和柏氏矢量有关，两者又与晶体结构有关。位错间交互产生的阻力，包括平行位错间交互作用产生的阻力和运动位错与林位错交互作用产生的阻力。用公式表示：τ=αGb/L，式中α——比例系数。因为位错密度ρ与1/L2成正比，故上式又可写为：τ=αGbρ½，由此可见，ρ增加，τ也增加，所以屈服强度也随之提高。（一）影响屈服强度的内在因素2、晶粒大小和亚结构晶粒大小的影响是晶界影响的反映，减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度提高。许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均符合霍尔—派奇(Hall—Petch)公式：σs=σi+kyd-1/2σi——位错在基体金属中运动的总阻力，亦称摩擦阻力，决定于晶体结构和位错密度ky——度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数，或表示滑移带端部的应力集中系数d——晶粒平均直径。亚晶界的作用与晶界类似，也阻碍位错运动。（一）影响屈服强度的内在因素3、溶质元素在纯金属中加入溶质原子(间隙型或置换型)形成因溶合金(或多相合金中的基体相)，将显著提高屈服强度，此即为固镕强化。通常，间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体。图1-9所示。在固溶合金中，由于溶质原子和溶剂原子直径不同，在溶质周围形成了晶格畸变应力场．该应力场相位错应力场产生交互作用，使位错运动受阻，从而使屈服强度提高。图1-9低碳铁素体中固溶强化效果（一）影响屈服强度的内在因素4、第二相工程上的金属材料，其显微组织一般是多相的。除了基体产生固溶强化外，第二相对屈服强度也有影响。第二相质点的强化效果与质点本身在金属材料屈服变形过程中能否变形有很大关系。据此可将第二相质点分为不可变形的和可变形的两类。根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的第二相质点，为此，必须克服弯曲位错的线张力。弯曲位错的线张力与相邻质点的间距有关，故含有不可变形第二相质点的金属材料，其屈服强度与流变应力就决定于第二相质点之间的间距。（一）影响屈服强度的内在因素对于可变形第二相质点，位错可以切过，使之同基体一起产生变形，由此也能提高屈服强度。第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量和分布以及第二相与基体的强度、塑性相应变硬化待性、两相之间的晶体学配合和界面能等因素有关。在第二相体积比相同情况下，长形质点显著影响位错运动，因而具有此种组织的金属材料，其屈服强度就比具有球状的高。综上所述，表征金属微量塑性变形抗力的屈服强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标，受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工艺都可使屈服强度产生明显变化。（一）影响屈服强度的外在因素1、温度一般，升高温度，金属材料的屈服强度降低．伺是，金属晶体结构不同，其变化趋势并不一样，如图1—10所示。在bcc金属中，τp-n值较fcc金属高很多，τp-n在屈服强度中占有较大比例，而τp-n属短程力，对温度十分敏感。因此，bcc金属的屈服强度具有强烈的温度效应可能是τp-n起主要用。图1-10W,Mo,Fe,Ni的屈服强度随温度的变化（一）影响屈服强度的外在因素2、应变速率应变速率增大，金属材料的强度增加(图1—11)。由图1—11可见，屈服强度随应变速率的变化较抗拉强度的变化要剧烈得多。这种因应变速率增加而产生的强度提高效应，称为应变速率硬化现象。图1-11应变速率对材料强度的影响（一）影响屈服强度的外在因素3、应力状态应力状态也影响屈服强度，切应力分量愈大，愈有利于塑性变形，屈服强度则愈低，所以扭转比拉伸的屈服强度低，拉伸要比弯曲的屈服强度低，但三向不等拉伸下的屈服强度量最高。要注意，不同应力状态下材料屈服强度不同，并非是材料性质变化，而是材料在不同条件下表现的力学行为不同而已。总之、金属材料的屈服强度既受各种内在因素影响，又因外在条件不同而变化，因而可以根据人们的要求予以改变，这在机件设计、选材、拟订加工工艺和使用时都必须考虑到。