屈服强度的定义、测定方式、意义及影响因素

来源:金属热处理标准应用手册作者:网络整理

屈服强度
当外力超过材料的弹性极限之后,此时材料会发生塑性变形,即卸载之后材料后保留部分残余变形。当外力继续增加达到一定值之后,就会出现外力不增加或者减少而试样仍然继续伸长,表现在应力-应变曲线上就是出现平台或者锯齿状的峰谷,这种现象就称之为屈服现象。处于平台阶段的力就是屈服力,试样屈服时首次下降前的力称为上屈服力,不计瞬时效应的屈服阶段的最小力称为下屈服力。相应的强度即为屈服强度、上屈服强度、下屈服强度。

屈服强度的定义、测定方式、意义及影响因素

应力-应变曲线

屈服强度的测定
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;Fe为屈服时的恒定力。
上屈服强度计算公式:Reh=Feh/So;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;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或者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。

上下屈服强度的判定
1:屈服前的第一个峰值应力判为上屈服强度,不管其后峰值应力大小如何。
2:屈服阶段中出现2个或2个以上的极小值应力,舍去第一个极小值应力,取其余极小值中最小者为下屈服强度。如果只有1个极小值应力,则取为下屈服强度。
3:屈服阶段出现平台,平台应力判定为下屈服强度。如出现多个平台且后者高于前者,取第一个平台应力为下屈服强度。
4:下屈服强度一定比上屈服强度低。

屈服强度的意义
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一般取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。
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。

影响屈服强度的因素
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,即固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、晶界和亚晶强化。其中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。
 

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