1.拉伸性能

拉伸性能是钢材最主要的技术性能，包括屈服强度、抗拉强度、伸长率等重要技术指标。

拉伸强度由拉伸试验测出，低碳钢(软钢)是广泛使用的一种材料，它在拉伸试验中表现出的力和变形关系比较典型，下面着重介绍。

在试件(图7-1)两端施加一个缓慢增加的拉伸荷载，观察加荷过程中产生的弹性变形和塑性变形，直至试件被拉断为止。拉伸时σ-ε曲线如图7-2所示。

图7-1　拉伸试件

(a)拉伸前；(b)拉伸后

图7-2　拉伸时σ-ε曲线

(a)低碳钢；(b)高碳钢

低碳钢受拉直至断裂，经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段四个阶段。

(1)弹性阶段。钢材受拉开始的阶段，荷载较小，应力与应变成正比，OA是一条直线，此阶段产生的变形是弹性变形，A点对应的应力叫作弹性极限(σp)。在弹性极限范围内应力σ与应变ε的比值，称为弹性模量，用符号E表示，单位为MPa，即

E＝σ/ε＝tanα(7-1)

弹性模量是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，也是计算结构变形的重要指标。E越大，其产生弹性变形的应力值也越大。

(2)屈服阶段。应力超过A点所对应的应力值以后，应力与应变不再成正比关系。当应力达到B上点时，即使应力不增加，塑性变形仍明显增大，钢材出现了“屈服”现象。图7-2中，B下点对应的应力值ReL(σs)规定为屈服点(或称为屈服强度)。钢材受力达到屈服点以后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏，但已不能满足使用要求。故结构设计时，一般以屈服点ReL(σs)作为钢材强度取值的依据。

(3)强化阶段。当应力超过屈服强度后，钢材的内部组织又重新组合，性能得到了强化，抵抗塑性变形的能力进一步提高。在BC阶段，钢材又恢复了抵抗变形的能力，故称为强化阶段。其中，C点对应的应力值称为极限强度，又叫作抗拉强度，用Rm(σb)表示。

(4)颈缩阶段。应力超过C点所对应的应力值后，钢材抵抗变形的能力明显降低，在试件的某处迅速发生较大的塑性变形，出现“颈缩”现象[图7-1(b)]，直至D点断裂。

根据拉伸试验可以求出钢材的强度与塑性指标。

屈服强度和抗拉强度是衡量钢材强度的两个重要指标。工程中要求钢材不仅具有高的屈服点ReL(σs)，而且应具有一定的“屈强比”(屈服强度与抗拉强度的比值，用σs/σb表示)。屈强比是反映钢材利用率和安全可靠程度的一个指标。在同样的抗拉强度下，屈强比小，说明钢材利用的应力值小，钢材在偶然超载时不会破坏，但屈强比过小，钢材的利用率低，是不经济的。适宜的屈强比应该是在保证安全可靠的前提下，尽量提高钢材的利用率。合理的屈强比一般应在0.60~0.75范围内。

中碳钢与高碳钢(硬钢)的拉伸曲线形状与低碳钢的不同，屈服现象不明显，因此这类钢材的屈服强度规定为:残余伸长为原始标距长度的0.2%时所对应的应力(σ0.2)表示。(www.daowen.com)

表征钢材塑性的指标有两个:一是伸长率(试件拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比)；二是断面收缩率(试件拉断后，颈缩处横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积的百分比)。它们都是表示钢材在外力作用下产生塑性变形的能力。伸长率用AL(δ)表示，断面收缩率用φ表示，即

式中 L0——试件标距原始长度(mm)；

L1——试件拉断后标距长度(mm)；

A0——试件原始截面面积(mm2)；

A1——试件拉断时断口截面面积(mm2)。

在塑性指标中，伸长率δ的大小与试件尺寸有关，常用的试件计算长度规定为其直径的5倍或10倍，伸长率分别用δ5或δ10表示。对于同一种钢材，其δ5大于δ10。通常以伸长率δ的大小来区别塑性的好坏，δ越大，表示塑性越好。

2.冲击韧性

冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。已刻槽的标准试件，在冲击试验机摆锤的冲击下，以破坏后断口处单位面积上所消耗的功来表示，符号为αK，单位为J/cm2。αK越大，冲断试件消耗的能量或者钢材断裂前吸收的能量越多，说明钢材的韧性越好。冲击韧性试验如图7-3所示。

冲击韧性试验

图7-3　冲击韧性试验

1—试件；2—试验台；3—刻度盘；4—指针

影响钢材冲击韧性的因素很多，如钢材的化学成分、冶炼与加工等。一般来说，钢材中的P、S含量越高，夹杂物以及焊接过程中形成的微裂纹等都会降低冲击韧性。此外，钢材的冲击韧性还受温度和时间的影响。常温下，随温度的降低，冲击韧性降低得很少，此时破坏的试件断口呈韧性断裂状；当温度降至某一温度范围时，αK突然发生明显下降，钢材发生脆性断裂，这种性质称为冷脆性，发生冷脆性时的温度(范围)称为脆性临界温度(范围)。低于这一温度时，αK降低的趋势又缓和，但此时αK值很小。在北方严寒地区选用钢材时，必须对钢材的冷脆性进行评定，此时选用钢材的脆性临界温度应比环境最低温度低。钢材随时间的延长，强度会逐渐提高，冲击韧性下降，这种现象叫作时效。通常，完成时效的过程可达数十年，但钢材如经冷加工或使用中受振动和反复荷载的影响，时效可迅速发展。因时效导致钢材性能改变的程度，称为时效敏感性。时效敏感性越大的钢材，经过时效后，冲击韧性的降低就越显著。

3.硬度

钢材的硬度是钢材表面抵抗局部塑性变形的能力。

测定钢材硬度采用压入法，即以一定的静荷载(压力)把一定的压头压在钢材表面，再测定压痕的面积或深度来确定其硬度。按压头或压力的不同，压入法分为布氏法、洛氏法等，相应的硬度指标称为布氏硬度(HB)和洛氏硬度(HR)。布氏硬度试验如图7-4所示。

图7-4　布氏硬度试验