一文带你了解屈服强度

屈服强度

屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，也就是抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服现象出现的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值作为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。

大于屈服强度的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。

• 对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；
• 对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的原始标距）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩，应变增大，使材料破坏，不能正常使用。

当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到b点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。

这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此，以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度 (ReL或Rp0.2)。

有些钢材（如高碳钢）无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形 (0.2%) 时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度。

首先，解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）。

建筑钢材以屈服强度作为设计应力的依据。屈服极限 ，常用符号σs，是材料屈服的临界应力值。

• 对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；
• 对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为材料发生0.2%延伸率）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生塑性变形，应变增大，使材料失效，不能正常使用。

2类型

• 银文屈服：银纹现象与应力发白。
• 剪切屈服。

屈服强度测定：

无明显屈服现象的金属材料，需测量其规定非比例延伸强度或规定残余伸长应力，而有明显屈服现象的金属材料，则可以测量其屈服强度、上屈服强度、下屈服强度。一般而言，只测定下屈服强度。

通常测定上屈服强度及下屈服强度的方法有两种：图示法和指针法。

(1) 图示法

试验时用自动记录装置绘制力-夹头位移图。要求力轴比例为每mm 所代表的应力一般小于10N/mm²，曲线至少要绘制到屈服阶段结束点。在曲线上确定屈服平台恒定的力Fe、屈服阶段中力首次下降前的最大力Feh 或者不到初始瞬时效应的最小力FeL。

屈服强度、上屈服强度、下屈服强度可以按以下公式来计算：

屈服强度计算公式：Re=Fe/So；式中，Fe 为屈服时的恒定力。

上屈服强度计算公式：Reh=Feh/So；式中，Feh 为屈服阶段中力首次下降前的最大力。

下屈服强度计算公式：ReL=FeL/So；式中，FeL 为不到初始瞬时效应的最小力FeL。

(2) 指针法

试验时，当测力度盘的指针首次停止转动的恒定力、指针首次回转前的最大力或者不到初始瞬时效应的最小力，分别对应着屈服强度、上屈服强度、下屈服强度。

3标准

比例极限应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用σp 表示，超过σp 时即认为材料开始屈服。

弹性极限试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以ReL 表示。应力超过ReL 时即认为材料开始屈服。

屈服强度以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为Rp0.2。

4影响因素

影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。

如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较，可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：

• 固溶强化；
• 形变强化；
• 沉淀强化和弥散强化；
• 晶界和亚晶强化。

沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。

影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。

随着温度的降低与应变速率的增高，材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。

虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度，一般是指在单向拉伸时的屈服强度。

5工程意义

传统的强度设计方法，对塑性材料以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σys/n，安全系数n因场合不同，可从1.1到2或更大；对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ]=σb/n，安全系数n 一般取6。

需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。

屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。

例如，材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。