屈服強度

屈服強度是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時的屈服極限，也就是抵抗微量塑性變形的應力。對于無明顯屈服現(xiàn)象出現(xiàn)的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應力值作為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強度。

大于屈服強度的外力作用，將會使零件永久失效，無法恢復。如低碳鋼的屈服極限為207MPa，當大于此極限的外力作用之下，零件將會產(chǎn)生永久變形，小于這個的，零件還會恢復原來的樣子。

• 對于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強度就是屈服點的應力（屈服值）；

  
  

• 對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應力-應變的直線關系的極限偏差達到規(guī)定值（通常為0.2%的原始標距）時的應力。通常用作固體材料力學機械性質(zhì)的評價指標，是材料的實際使用極限。因為在應力超過材料屈服極限后產(chǎn)生頸縮，應變增大，使材料破壞，不能正常使用。

當應力超過彈性極限后，進入屈服階段后，變形增加較快，此時除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當應力達到b點后，塑性應變急劇增加，應力應變出現(xiàn)微小波動，這種現(xiàn)象稱為屈服。

這一階段的最大、最小應力分別稱為上屈服點和下屈服點。由于下屈服點的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此，以它作為材料抗力的指標，稱為屈服點或屈服強度 (ReL或Rp0.2)。

有些鋼材（如高碳鋼）無明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形 (0.2%) 時的應力作為該鋼材的屈服強度，稱為條件屈服強度。

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

建筑鋼材以屈服強度作為設計應力的依據(jù)。屈服極限 ，常用符號σs，是材料屈服的臨界應力值。

• 對于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強度就是屈服點的應力（屈服值）；

  
  

• 對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應力-應變的直線關系的極限偏差達到規(guī)定值（通常為材料發(fā)生0.2%延伸率）時的應力。通常用作固體材料力學機械性質(zhì)的評價指標，是材料的實際使用極限。因為在應力超過材料屈服極限后產(chǎn)生塑性變形，應變增大，使材料失效，不能正常使用。

2類型

• 銀文屈服：銀紋現(xiàn)象與應力發(fā)白。

  
  

• 剪切屈服。

屈服強度測定：

無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，需測量其規(guī)定非比例延伸強度或規(guī)定殘余伸長應力，而有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，則可以測量其屈服強度、上屈服強度、下屈服強度。一般而言，只測定下屈服強度。

通常測定上屈服強度及下屈服強度的方法有兩種：圖示法和指針法。

(1) 圖示法

試驗時用自動記錄裝置繪制力-夾頭位移圖。要求力軸比例為每mm 所代表的應力一般小于10N/mm2，曲線至少要繪制到屈服階段結(jié)束點。在曲線上確定屈服平臺恒定的力Fe、屈服階段中力首次下降前的最大力Feh?或者不到初始瞬時效應的最小力FeL。

屈服強度、上屈服強度、下屈服強度可以按以下公式來計算：

屈服強度計算公式：Re=Fe/So；式中，F(xiàn)e?為屈服時的恒定力。

上屈服強度計算公式：Reh=Feh/So；式中，F(xiàn)eh?為屈服階段中力首次下降前的最大力。

下屈服強度計算公式：ReL=FeL/So；式中，F(xiàn)eL?為不到初始瞬時效應的最小力FeL。

(2)?指針法

試驗時，當測力度盤的指針首次停止轉(zhuǎn)動的恒定力、指針首次回轉(zhuǎn)前的最大力或者不到初始瞬時效應的最小力，分別對應著屈服強度、上屈服強度、下屈服強度。

3標準

比例極限應力-應變曲線上符合線性關系的最高應力，國際上常采用σp?表示，超過σp?時即認為材料開始屈服。

彈性極限試樣加載后再卸載，以不出現(xiàn)殘留的永久變形為標準，材料能夠完全彈性恢復的最高應力。國際上通常以ReL?表示。應力超過ReL?時即認為材料開始屈服。

屈服強度以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標準，如通常以0.2%殘留變形的應力作為屈服強度，符號為Rp0.2。

4影響因素

影響屈服強度的內(nèi)在因素有：結(jié)合鍵、組織、結(jié)構(gòu)、原子本性。

如將金屬的屈服強度與陶瓷、高分子材料比較，可看出結(jié)合鍵的影響是根本性的。從組織結(jié)構(gòu)的影響來看，可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度，這就是：

• 固溶強化；

  
  

• 形變強化；

  
  

• 沉淀強化和彌散強化；

  
  

• 晶界和亞晶強化。

沉淀強化和細晶強化是工業(yè)合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中，前三種機制在提高材料強度的同時，也降低了塑性，只有細化晶粒和亞晶，既能提高強度又能增加塑性。

影響屈服強度的外在因素有：溫度、應變速率、應力狀態(tài)。

隨著溫度的降低與應變速率的增高，材料的屈服強度升高，尤其是體心立方金屬對溫度和應變速率特別敏感，這導致了鋼的低溫脆化。應力狀態(tài)的影響也很重要。

雖然屈服強度是反映材料的內(nèi)在性能的一個本質(zhì)指標，但應力狀態(tài)不同，屈服強度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強度，一般是指在單向拉伸時的屈服強度。

5工程意義

傳統(tǒng)的強度設計方法，對塑性材料以屈服強度為標準，規(guī)定許用應力[σ]=σys/n，安全系數(shù)n因場合不同，可從1.1到2或更大；對脆性材料，以抗拉強度為標準，規(guī)定許用應力[σ]=σb/n，安全系數(shù)n?一般取6。

需要注意的是，按照傳統(tǒng)的強度設計方法，必然會導致片面追求材料的高屈服強度，但是隨著材料屈服強度的提高，材料的抗脆斷強度在降低，材料的脆斷危險性增加了。

屈服強度不僅有直接的使用意義，在工程上也是材料的某些力學行為和工藝性能的大致度量。

例如，材料屈服強度增高，對應力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強度是材料性能中不可缺少的重要指標。

來源：每天學點熱處理