屈服強(qiáng)度
屈服強(qiáng)度是金屬材料屈服時的屈服極限,即抵抗微小塑性變形的應(yīng)力。對于沒有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料,規(guī)定產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值作為其屈服極限稱為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度。
大于屈服強(qiáng)度的外力會使零件永久失效,不可恢復(fù)。比如低碳鋼的屈服極限是207MPa,當(dāng)外力大于這個極限時,零件就會永久變形,小于這個,零件就會恢復(fù)原來的樣子。
概念解釋

屈服極限,常用符號σs,是材料屈服的臨界應(yīng)力值。
1)對于有明顯屈服現(xiàn)象的材料,屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力(屈服值)
2)對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料,應(yīng)力-應(yīng)變線性關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值(通常,材料為0.2%延伸率)時的應(yīng)力。通常用作固體材料力學(xué)性能的評價指標(biāo),是材料的實(shí)際使用極限。因?yàn)閼?yīng)力超過材料的屈服極限后發(fā)生塑性變形,應(yīng)變增大,使材料失效,不能正常使用。
當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限,進(jìn)入屈服階段,變形迅速增大這時,除了彈性變形外,還會發(fā)生一些塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)時,塑性應(yīng)變急劇增加,應(yīng)力略有波動,稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。因?yàn)橄虑c(diǎn)的值相對穩(wěn)定,所以稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度,作為材料抗力的指標(biāo)(ReL或Rp0.2)
a.Yield at yield point is points(σs)
在測試過程中,樣品的力不會增加(保持恒定)仍能繼續(xù)伸長(變形)時的應(yīng)力。
b.The upper yield point rose by points(σsu)
樣品屈服前的最大應(yīng)力,力第一次下降。
c.The lower yield point fell by 33,356 points(σsL)
不考慮初始瞬時效應(yīng)時屈服階段的最小應(yīng)力。
有些鋼材(如高碳鋼)沒有明顯的屈服現(xiàn)象,通常有少量的塑性變形(2%當(dāng)應(yīng)力作為鋼材的屈服強(qiáng)度時,稱為條件屈服強(qiáng)度。
首先解釋一下材料變形。材料的變形分為彈性變形(外力撤除后可以恢復(fù)原來的形狀)和塑性變形(外力撤除后不能恢復(fù)原來的形狀,形狀發(fā)生變化拉長或縮短)建筑鋼材的屈服強(qiáng)度為 ,設(shè)計應(yīng)力為 。
所謂屈服,是指金屬在達(dá)到一定的變形應(yīng)力后,開始從彈性狀態(tài)不均勻反彈-塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變標(biāo)志著宏觀塑性變形的開始。
類型劃分
1)銀文屈服:邊緣現(xiàn)象和應(yīng)力白化。
2)剪切屈服。
強(qiáng)度測定
對于沒有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料,應(yīng)測量規(guī)定的非比例伸長強(qiáng)度或規(guī)定的殘余伸長應(yīng)力,對于有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料,可測量屈服強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度。一般來說,只測量較低的屈服強(qiáng)度。
有兩種方法可以確定上限屈服強(qiáng)度和下限屈服強(qiáng)度:圖示法和指針法。
圖示法
測試過程中使用自動記錄裝置記錄拉力-夾頭位移圖。每毫米力軸的比值所代表的應(yīng)力一般小于10N/Mm,曲線至少要畫到屈服階段的終點(diǎn)。確定曲線上屈服平臺的恒力Fe、屈服階段第一次力下降前的最大力Feh或小于初始瞬時效應(yīng)的最小力FeL。
屈服強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、較低的屈服強(qiáng)度可通過以下公式計算:
屈服強(qiáng)度的計算公式:Re=Fe/So;Fe是屈服時的恒力。
上限屈服強(qiáng)度計算公式:Reh=Feh/So;Feh是屈服階段第一次力下降前的最大力。
下屈服強(qiáng)度的計算公式:ReL=FeL/So;FeL是小于初始瞬時效應(yīng)的最小力FeL。
指針法
試驗(yàn)過程中,測功機(jī)指針第一次停止轉(zhuǎn)動時的恒力指針第一次轉(zhuǎn)動前的最大力或小于初始瞬時效應(yīng)的最小力分別對應(yīng)屈服強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度。
工程標(biāo)準(zhǔn)
建筑工程中常用的屈服標(biāo)準(zhǔn)有三種:
1、比例極限應(yīng)力-符合線性關(guān)系的應(yīng)變曲線上的最高應(yīng)力,國際上常用σp表示,當(dāng)超過σp時,就認(rèn)為材料開始屈服。
2、彈性極限以無殘余永久變形為標(biāo)準(zhǔn),材料在加卸載后能完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。國際上通常表示為ReL。當(dāng)應(yīng)力超過ReL時,認(rèn)為材料開始屈服。
3、屈服強(qiáng)度 基于指定的殘余變形,例如0.2%殘余變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度,符號為Rp0.2。
影響因素
影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)部因素有:結(jié)合鍵、組織、結(jié)構(gòu)、原子本性。
例如比較金屬和陶瓷的屈服強(qiáng)度、與高分子材料相比,可以看出結(jié)合鍵的影響是根本性的。從組織結(jié)構(gòu)的影響來看,影響金屬材料屈服強(qiáng)度的強(qiáng)化機(jī)制有四種,即:1)固溶強(qiáng)化;2)形變強(qiáng)化;3)沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化;4)晶界和亞晶強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化是工業(yè)合金中提高材料屈服強(qiáng)度最常用的手段。在這些強(qiáng)化機(jī)制中,前三種機(jī)制既提高了材料的強(qiáng)度,又降低了塑性只有細(xì)化晶粒和亞晶,才能提高強(qiáng)度和塑性。
影響屈服強(qiáng)度的外部因素有:溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。
。應(yīng)力狀態(tài)的影響也很重要。雖然屈服強(qiáng)度是反映材料內(nèi)在性能的重要指標(biāo),但不同應(yīng)力狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度值是不同的。我們通常所說的材料的屈服強(qiáng)度,一般是指單軸拉伸時的屈服強(qiáng)度。
工程意義
在傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計方法中,塑性材料的許用應(yīng)力是根據(jù)屈服強(qiáng)度來確定的[σ]=σys/n,對于不同的場合,安全系數(shù)n可以從1變化.1到2或更多,對于脆性材料,許用應(yīng)力是根據(jù)抗拉強(qiáng)度規(guī)定的[σ]=σb/n,安全系數(shù)n一般為6。
需要注意的是,按照傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計方法,必然導(dǎo)致片面追求材料的高屈服強(qiáng)度,但隨著材料屈服強(qiáng)度的提高,材料的抗脆斷能力在下降,材料的脆斷風(fēng)險在增加。
屈服強(qiáng)度不僅具有直接的使用意義,而且也是工程中材料某些力學(xué)行為和工藝性能的粗略度量。例如,當(dāng)材料的屈服強(qiáng)度增加時,它們對應(yīng)力腐蝕和氫脆變敏感;材料的屈服強(qiáng)度低,冷加工成型性和焊接性好等。因此,屈服強(qiáng)度是材料性能中不可缺少的重要指標(biāo)。