鋼管等金屬的屈服強(qiáng)度詳解
屈服強(qiáng)度
是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，也就是抵抗微量塑性變形的應(yīng)力。對(duì)于無(wú)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(yīng)力值作為其屈服極限，稱(chēng)為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度。
大于屈服強(qiáng)度的外力作用，將會(huì)使零件永久失效，無(wú)法恢復(fù)。如低碳鋼的屈服極限為207MPa，當(dāng)大于此極限的外力作用之下，零件將會(huì)產(chǎn)生永久變形，小于這個(gè)的，零件還會(huì)恢復(fù)原來(lái)的樣子。
（1）對(duì)于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力（屈服值）；
（2）對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應(yīng)力-應(yīng)變的直線(xiàn)關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值（通常為0.2%的原始標(biāo)距）時(shí)的應(yīng)力。通常用作固體材料力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是材料的實(shí)際使用極限。因?yàn)樵趹?yīng)力超過(guò)材料屈服極限后產(chǎn)生頸縮，應(yīng)變?cè)龃螅共牧掀茐?，不能正常使用?/p>
當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，進(jìn)入屈服階段后，變形增加較快，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到b點(diǎn)后，塑性應(yīng)變急劇增加，應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)微小波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱(chēng)為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱(chēng)為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度(ReL或Rp0.2)。
有些鋼材(如高碳鋼)無(wú)明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形(0.2%)時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱(chēng)為條件屈服強(qiáng)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(xiāo)后可以恢復(fù)原來(lái)形狀）和塑性變形（外力撤銷(xiāo)后不能恢復(fù)原來(lái)形狀，形狀發(fā)生變化，伸長(zhǎng)或縮短）。
建筑鋼材以屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)應(yīng)力的依據(jù)。屈服極限 ，常用符號(hào)σs，是材料屈服的臨界應(yīng)力值。
（1）對(duì)于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力（屈服值）；
（2）對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應(yīng)力-應(yīng)變的直線(xiàn)關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值（通常為材料發(fā)生0.2%延伸率）時(shí)的應(yīng)力。通常用作固體材料力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是材料的實(shí)際使用極限。因?yàn)樵趹?yīng)力超過(guò)材料屈服極限后產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)變?cè)龃螅共牧鲜?，不能正常使用?/p>
2類(lèi)型
（1）：銀文屈服：銀紋現(xiàn)象與應(yīng)力發(fā)白。（2）：剪切屈服。
屈服強(qiáng)度測(cè)定
無(wú)明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料需測(cè)量其規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度或規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力，而有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，則可以測(cè)量其屈服強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度。一般而言，只測(cè)定下屈服強(qiáng)度。
通常測(cè)定上屈服強(qiáng)度及下屈服強(qiáng)度的方法有兩種：圖示法和指針?lè)ā?/p>
圖示法
試驗(yàn)時(shí)用自動(dòng)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(yīng)力一般小于10N/mm2，曲線(xiàn)至少要繪制到屈服階段結(jié)束點(diǎn)。在曲線(xiàn)上確定屈服平臺(tái)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(shí)效應(yīng)的最小力FeL。
屈服強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度可以按以下公式來(lái)計(jì)算：
屈服強(qiáng)度計(jì)算公式：Re=Fe/So；Fe為屈服時(shí)的恒定力。
上屈服強(qiáng)度計(jì)算公式：Reh=Feh/So；Feh為屈服階段中力首次下降前的最大力。
下屈服強(qiáng)度計(jì)算公式：ReL=FeL/So；FeL為不到初始瞬時(shí)效應(yīng)的最小力FeL。
指針?lè)?/span>
試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)測(cè)力度盤(pán)的指針首次停止轉(zhuǎn)動(dòng)的恒定力或者指針首次回轉(zhuǎn)前的最大力或者不到初始瞬時(shí)效應(yīng)的最小力，分別對(duì)應(yīng)著屈服強(qiáng)度、上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度。
3標(biāo)準(zhǔn)
1、比例極限應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上符合線(xiàn)性關(guān)系的最高應(yīng)力，國(guó)際上常采用σp表示，超過(guò)σp時(shí)即認(rèn)為材料開(kāi)始屈服。建設(shè)工程上常用的屈服標(biāo)準(zhǔn)有三種：
2、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(biāo)準(zhǔn)，材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。國(guó)際上通常以ReL表示。應(yīng)力超過(guò)ReL時(shí)即認(rèn)為材料開(kāi)始屈服。
3、屈服強(qiáng)度以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，如通常以0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，符號(hào)為Rp0.2。
4影響因素
影響屈服強(qiáng)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(qiáng)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(lái)看，可以有四種強(qiáng)化機(jī)制影響金屬材料的屈服強(qiáng)度，這就是：
(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)度的最常用的手段。在這幾種強(qiáng)化機(jī)制中，前三種機(jī)制在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，也降低了塑性，只有細(xì)化晶粒和亞晶，既能提高強(qiáng)度又能增加塑性。
影響屈服強(qiáng)度的外在因素有：溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。
隨著溫度的降低與應(yīng)變速率的增高,材料的屈服強(qiáng)度升高，尤其是體心立方金屬對(duì)溫度和應(yīng)變速率特別敏感，這導(dǎo)致了鋼的低溫脆化。應(yīng)力狀態(tài)的影響也很重要。雖然屈服強(qiáng)度是反映材料的內(nèi)在性能的一個(gè)本質(zhì)指標(biāo)，但應(yīng)力狀態(tài)不同，屈服強(qiáng)度值也不同。我們通常所說(shuō)的材料的屈服強(qiáng)度一般是指在單向拉伸時(shí)的屈服強(qiáng)度。
5工程意義
傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，對(duì)塑性材料，以屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力[σ]=σys/n，安全系數(shù)n因場(chǎng)合不同可從1.1到2或更大，對(duì)脆性材料，以抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，必然會(huì)導(dǎo)致片面追求材料的高屈服強(qiáng)度，但是隨著材料屈服強(qiáng)度的提高，材料的抗脆斷強(qiáng)度在降低，材料的脆斷危險(xiǎn)性增加了。
屈服強(qiáng)度不僅有直接的使用意義，在工程上也是材料的某些力學(xué)行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強(qiáng)度增高，對(duì)應(yīng)力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強(qiáng)度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強(qiáng)度是材料性能中不可缺少的重要指標(biāo)。
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