2015-06-22 14:09:47

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屈服强度:是金属材料发生屈服现象时的屈服极限,亦即抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的金属材料,规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限,称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用,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。

基本信息

  • 中文名称

    屈服强度

  • 外文名称

    yield strength

  • 别名

    屈服极限

  • 概念

    金属材料屈服现象时的屈服极限,

  • 屈服极限

    0.2%残余变形

  • 本质

    屈服点的应力判定塑性变形能力

折叠 编辑本段 ​基本介绍

屈服强度:是材料发生屈服现象时的屈服极限,亦即抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的材料,规定应变值为0.2%所对应的应力值为其屈服极限,称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用,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。

折叠 编辑本段 概要解析

yield strength,又称为屈服极限 ,常用符号δs,是材料屈服的临界应力值。

(1)对于屈服现象明显的材料,屈服强度就是屈服点应力屈服值);

(2)对于屈服现象不明显的材料,与应力-应变的直线关系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塑性变形,应变增大,使材料失效,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、最小应力分别称为下屈服点和上屈服点。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)。

a.屈服点yield point(σs)

试样在试验过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长(变形)时的应力。

b.上屈服点upper yield point(σsu)

试样发生屈服而力首次下降前的最大应力

c.下屈服点lower yield point(σSL)

当不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力。

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(yield strength)。

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。

所谓屈服,是指达到一定的变形应力之后,金属开始从弹性状态非均匀的向弹-塑性状态过渡,它标志着宏观塑性变形的开始。

d.力学性能

钢材力学性能是保证钢材最终使用性能(机械性能)的重要指标,它取决于钢的化学成分和热处理制度。在钢管标准中,根据不同的使用要求,规定了拉伸性能(抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率)以及硬度、韧性指标,还有用户要求的高、低温性能等。

①抗拉强度(σb)

试样在拉伸过程中,在拉断时所承受的最大力(Fb),除以试样原横截面积(So)所得的应力(σ),称为抗拉强度(σb),单位为N/mm2(MPa)。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为:

式中:Fb--试样拉断时所承受的最大力,N(牛顿); So--试样原始横截面积,mm2。

②屈服点(σs)

具有屈服现象的金属材料,试样在拉伸过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力,称屈服点。若力发生下降时,则应区分上、下屈服点。屈服点的单位为N/mm2(MPa)。

上屈服点(σsu):试样发生屈服而力首次下降前的最大应力; 下屈服点(σsl):当不计初始瞬时效应时,屈服阶段中的最小应力。

屈服点的计算公式为:

式中:Fs--试样拉伸过程中屈服力(恒定),N(牛顿)So--试样原始横截面积,mm2。

断后伸长率(σ)

拉伸试验中,试样拉断后其标距所增加的长度与原标距长度的百分比,称为伸长率。以σ表示,单位为%。计算公式为:

式中:L1--试样拉断后的标距长度,mm; L0--试样原始标距长度,mm。

断面收缩率(ψ)

在拉伸试验中,试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比,称为断面收缩率。以ψ表示,单位为%。计算公式如下:

式中:S0--试样原始横截面积,mm2; S1--试样拉断后缩径处的最少横截面积,mm2。

⑤硬度指标

金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力,称为硬度。根据试验方法和适用范围不同,硬度又可分为布氏硬度洛氏硬度维氏硬度肖氏硬度显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。

A、布氏硬度(HB)

用一定直径的钢球或硬质合金球,以规定的试验力(F)压入式样表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量试样表面的压痕直径(L)。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS(钢球)表示,单位为N/mm2(MPa)。

其计算公式为:

式中:F--压入金属试样表面的试验力,N; D--试验用钢球直径,mm; d--压痕平均直径,mm。

测定布氏硬度较准确可靠,但一般HBS只适用于450N/mm2(MPa)以下的金属材料,对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中,布氏硬度用途最广,往往以压痕直径d来表示该材料的硬度,既直观,又方便。

举例:120HBS10/1000130:表示用直径10mm钢球在1000Kgf(9.807KN)试验力作用下,保持30s(秒)测得的布氏硬度值为120N/ mm2(MPa)。

e、

无缝钢管具有中空截面,大量用作输送流体的管道,如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。是一种经济截面钢材,广泛用于制造结构件和机械零件,如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等用钢管制造环形零件,可提高材料利用率,简化制造工序,节约材料和加工工时,如滚动轴承套圈、千斤顶套等,已广泛用钢管来制造。例如合肥鲁星钢管有限公司主要经营各类无缝钢管和大口径直缝钢管焊接钢管螺旋钢管等各类钢材。是成都、冶钢、鞍钢、包钢、天津、无锡、山东、宝钢、鲁宝、西宁和山东鲁星等厂在安徽的代理。常备资源材质为: 10#、20#、35#、45#、16Mn、27SiMn、40Cr、12Cr1MoV、10CrMo910、15CrMo、35CrMo、45Mn2等。

折叠 编辑本段 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:图示法指针法

折叠 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。

折叠 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。

折叠 编辑本段 强度标准

建设工程上常用的屈服标准有三种:

1、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。

2、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。

3、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。

折叠 编辑本段 影响因素

影响屈服强度内在因素有: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:(1)固溶强化;(2)形变强化;(3)沉淀强化弥散强化;(4)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。

折叠 编辑本段 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。    

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