屈服強度

屈服(fu)強(qiang)度(du)是(shi)金屬材料(liao)(liao)發生屈服(fu)現(xian)象時的屈服(fu)極限(xian)，也就是(shi)抵抗(kang)微(wei)量塑性變形的應力(li)。對于無(wu)明顯屈服(fu)現(xian)象出現(xian)的金屬材料(liao)(liao)，規(gui)定以產生0.2%殘余變形的應力(li)值作為(wei)其屈服(fu)極限(xian)，稱為(wei)條件屈服(fu)極限(xian)或屈服(fu)強(qiang)度(du)。

大于(yu)屈服強度(du)的外(wai)力作(zuo)用(yong)，將會使(shi)零件永久失效，無法恢復(fu)。如低碳鋼(gang)的屈服極限為207MPa，當大于(yu)此極限的外(wai)力作(zuo)用(yong)之下(xia)，零件將會產生永久變形，小于(yu)這個的，零件還會恢復(fu)原來的樣子。

• 對于屈服現象明顯的材料，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生頸縮，應變增大，使材料破壞，不能正常使用。

當應(ying)力(li)超過(guo)彈(dan)性極限(xian)后，進(jin)入屈服(fu)階段后，變(bian)形(xing)增加較(jiao)快(kuai)，此時除(chu)了產(chan)生彈(dan)性變(bian)形(xing)外，還產(chan)生部分塑(su)性變(bian)形(xing)。當應(ying)力(li)達到b點后，塑(su)性應(ying)變(bian)急劇增加，應(ying)力(li)應(ying)變(bian)出(chu)現微小(xiao)波動，這(zhe)種現象稱為屈服(fu)。

這一階段(duan)的(de)最大、最小應力分(fen)別稱(cheng)(cheng)為上(shang)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)點和下(xia)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)點。由于下(xia)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)點的(de)數(shu)值較為穩(wen)定，因(yin)此(ci)，以(yi)它作為材料抗力的(de)指標，稱(cheng)(cheng)為屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)點或屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)強度(du) (ReL或Rp0.2)。

有些鋼(gang)材（如高碳鋼(gang)）無明顯的(de)(de)屈(qu)服現(xian)象，通常以發(fa)生微(wei)量的(de)(de)塑(su)性(xing)變形 (0.2%) 時的(de)(de)應力(li)作為(wei)該鋼(gang)材的(de)(de)屈(qu)服強度，稱為(wei)條件屈(qu)服強度。

首先，解釋一下材料(liao)受力變形(xing)(xing)。材料(liao)的變形(xing)(xing)分為(wei)彈性(xing)變形(xing)(xing)（外(wai)(wai)力撤(che)銷后可以恢(hui)復原來形(xing)(xing)狀）和塑性(xing)變形(xing)(xing)（外(wai)(wai)力撤(che)銷后不(bu)能恢(hui)復原來形(xing)(xing)狀，形(xing)(xing)狀發生變化，伸長或縮短(duan)）。

建筑鋼材以屈服(fu)強度作為設計(ji)應力的依據。屈服(fu)極限(xian) ，常用(yong)符號(hao)σs，是(shi)材料(liao)屈服(fu)的臨界應力值。

• 對于屈服現象明顯的材料，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定值（通常為材料發生0.2%延伸率）時的應力。通常用作固體材料力學機械性質的評價指標，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：銀紋現象與應力發白。
• 剪切屈服。

屈服強度測定：

無明顯屈(qu)(qu)(qu)服(fu)現象的金屬材料，需測(ce)量(liang)其(qi)規定非比例延伸(shen)(shen)強(qiang)度或規定殘余伸(shen)(shen)長應力(li)，而有(you)明顯屈(qu)(qu)(qu)服(fu)現象的金屬材料，則可以測(ce)量(liang)其(qi)屈(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)度、上屈(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)度、下屈(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)度。一(yi)般而言，只(zhi)測(ce)定下屈(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)度。

通常測定上屈服強(qiang)度(du)(du)及下屈服強(qiang)度(du)(du)的方(fang)法有兩種：圖示(shi)法和指(zhi)針法。

(1) 圖示法

試(shi)驗時(shi)用自動記錄裝置繪制力(li)-夾頭(tou)位移圖。要求(qiu)力(li)軸比例為每mm 所代表的(de)(de)應(ying)力(li)一般小于10N/mm2，曲(qu)線至少要繪制到屈(qu)服階段結束點(dian)。在(zai)曲(qu)線上確定(ding)屈(qu)服平臺恒定(ding)的(de)(de)力(li)Fe、屈(qu)服階段中力(li)首次下(xia)降前的(de)(de)最大(da)力(li)Feh 或者(zhe)不到初(chu)始(shi)瞬時(shi)效(xiao)應(ying)的(de)(de)最小力(li)FeL。

屈服強(qiang)度、上屈服強(qiang)度、下(xia)屈服強(qiang)度可(ke)以按以下(xia)公式來計算：

屈服(fu)(fu)強(qiang)度計算公式：Re=Fe/So；式中，Fe 為屈服(fu)(fu)時(shi)的恒定力。

上(shang)屈(qu)服強(qiang)度計算公式：Reh=Feh/So；式中，Feh 為屈(qu)服階段中力首(shou)次(ci)下降前的最大力。

下屈服強度計算公式：ReL=FeL/So；式中，FeL 為不到(dao)初始(shi)瞬時效應的最小力FeL。

(2) 指針法

試(shi)驗時，當測力(li)度盤的指針(zhen)(zhen)首(shou)次停止轉(zhuan)(zhuan)動的恒(heng)定力(li)、指針(zhen)(zhen)首(shou)次回轉(zhuan)(zhuan)前的最大力(li)或者不到初始瞬時效應(ying)的最小力(li)，分(fen)別對應(ying)著屈服強度、上(shang)屈服強度、下屈服強度。

3標準

比例極(ji)限(xian)應力-應變曲線(xian)上符合(he)線(xian)性關系的最高應力，國際(ji)上常采用σp 表示(shi)，超過(guo)σp 時即(ji)認(ren)為材料開始屈(qu)服。

彈性極限試樣加(jia)載(zai)后再卸載(zai)，以不出現殘留(liu)的永久變形為標準(zhun)，材(cai)料能夠完全彈性恢復的最高應力。國(guo)際上通常以ReL 表示。應力超過ReL 時即認為材(cai)料開(kai)始屈(qu)服。

屈(qu)服強度以規(gui)定發生一定的殘留(liu)變形為標準，如通常以0.2%殘留(liu)變形的應力作(zuo)為屈(qu)服強度，符號為Rp0.2。

4影響因素

影響(xiang)屈(qu)服強度的內在因素有：結(jie)合(he)鍵、組織、結(jie)構(gou)、原子本性。

如將金屬的(de)屈服強(qiang)度與陶瓷、高分子材料比(bi)較，可看(kan)出(chu)結合鍵的(de)影(ying)響是根本性的(de)。從(cong)組織結構的(de)影(ying)響來看(kan)，可以有四種強(qiang)化機制(zhi)影(ying)響金屬材料的(de)屈服強(qiang)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(chen)淀強(qiang)化(hua)和(he)細晶(jing)強(qiang)化(hua)是(shi)工業(ye)合金中(zhong)提高(gao)材(cai)料屈服強(qiang)度的(de)最(zui)常用的(de)手(shou)段。在這(zhe)幾(ji)種強(qiang)化(hua)機制(zhi)中(zhong)，前三種機制(zhi)在提高(gao)材(cai)料強(qiang)度的(de)同時，也(ye)降低了塑性，只(zhi)有(you)細化(hua)晶(jing)粒(li)和(he)亞晶(jing)，既能提高(gao)強(qiang)度又能增加塑性。

影響屈服強度(du)的外在因(yin)素有：溫度(du)、應變速率、應力狀態。

隨(sui)著溫(wen)度(du)的(de)(de)降低與應變速率的(de)(de)增(zeng)高，材料(liao)的(de)(de)屈服(fu)強度(du)升(sheng)高，尤(you)其(qi)是體心(xin)立方金屬對溫(wen)度(du)和應變速率特別敏(min)感(gan)，這導致了(le)鋼的(de)(de)低溫(wen)脆(cui)化。應力狀態(tai)的(de)(de)影響也很(hen)重要。

雖然屈(qu)服強(qiang)度(du)是(shi)反映材料的(de)內在性能的(de)一(yi)個本質指(zhi)標，但應力狀態不同，屈(qu)服強(qiang)度(du)值(zhi)也(ye)不同。我們通常所(suo)說的(de)材料的(de)屈(qu)服強(qiang)度(du)，一(yi)般是(shi)指(zhi)在單向拉伸時的(de)屈(qu)服強(qiang)度(du)。

5工程意義

傳統的強度設計(ji)方法，對(dui)塑性材料以屈服強度為標準，規(gui)定(ding)許(xu)用(yong)應力[σ]=σys/n，安全系數n因場(chang)合不(bu)同，可從1.1到(dao)2或更大；對(dui)脆性材料，以抗拉強度為標準，規(gui)定(ding)許(xu)用(yong)應力[σ]=σb/n，安全系數n 一般取6。

需要注意的(de)(de)是，按照傳統的(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)設計方法，必然(ran)會導致片面追求材(cai)料的(de)(de)高(gao)屈服強(qiang)(qiang)度(du)(du)，但是隨著材(cai)料屈服強(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)(de)提(ti)高(gao)，材(cai)料的(de)(de)抗脆(cui)斷強(qiang)(qiang)度(du)(du)在(zai)降(jiang)低，材(cai)料的(de)(de)脆(cui)斷危險性增加了(le)。

屈服(fu)強(qiang)度不僅有直接(jie)的使(shi)用(yong)意義(yi)，在工(gong)程上也是(shi)材料的某些力(li)學行為(wei)和(he)工(gong)藝性能的大(da)致度量。

例如(ru)，材料屈服(fu)強度(du)增高，對應(ying)力腐蝕和(he)氫(qing)脆就敏感(gan)；材料屈服(fu)強度(du)低(di)，冷(leng)加工成型(xing)性(xing)能和(he)焊接性(xing)能就好等(deng)等(deng)。因此(ci)，屈服(fu)強度(du)是材料性(xing)能中不可缺少的重要(yao)指(zhi)標。