1.屈服強度定義
是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限,亦即抵抗微量塑性變形的應力。對于屈服現象明顯的材料,屈服強度就是在屈服點在應力(屈服值),如下圖所示。
明顯屈服
對于無明顯屈服的金屬材料,規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限,稱為條件屈服極限或屈服強度。大于此極限的外力作用,將會使零件永久失效,無法恢復,如下圖所示。
無明顯屈服
有些金屬材料沒有明顯的屈服點,究其原因是多晶體金屬塑性變形存在非同時性。多晶體金屬變形的一個重要特點是由無數同相晶粒或不同相晶粒構成。由于各晶粒的取向不同,在外力作用下,它們的變形不可能同時開始,而是那些滑移面陽適宜滑動的晶粒最先開始發生塑性變形,因此變形總是從那些比較弱的晶粒率先開始。多晶體金屬還存在變形不均一性特點。它不僅體現在同一組成相的不同晶粒之間,也表現在不同組成相的不同晶粒之間。
2.工程上常用的屈服標準
(1)比例極限應力-應變曲線上符合線性關系的最高應力,國際上常采用σp表示,超過σp時即認為材料開始屈服。
(2).彈性極限 試樣加載后再卸載,以不出現殘留的永久變形為標準,材料能夠完全彈性恢復的最高應力。國際上通常以Rel表示。應力超過Rel時即認為材料開始屈服。
(3).屈服強度 以規定發生一定的殘留變形為標準,如通常以0.2%殘留變形的應力作為屈服強度,符號為Rp0.2。
3.影響屈服強度的因素
(1)影響屈服強度的內在因素有:結合鍵、組織、結構、原子本性。
如將金屬的屈服強度與陶瓷、高分子材料比較可看出結合鍵的影響是根本性的。從組織結構的影響來看,可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度,這就是:(1)固溶強化;(2)形變強化;(3)沉淀強化和彌散強化;(4)晶界和亞晶強化。沉淀強化和細晶強化是工業合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中,前三種機制在提高材料強度的同時,也降低了塑性,只有細化晶粒和亞晶,既能提高強度又能增加塑性。
(2)影響屈服強度的外在因素有:溫度、應變速率、應力狀態。
隨著溫度的降低與應變速率的增高,材料的屈服強度升高,尤其是體心立方金屬對溫度和應變速率特別敏感,這導致了鋼的低溫脆化。應力狀態的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內在性能的一個本質指標,但應力狀態不同,屈服強度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度
4.屈服強度的工程意義
傳統的強度設計方法,對塑性材料,以屈服強度為標準,規定許用應力[σ]=σys/n,安全系數n一般取2或更大,對脆性材料,以抗拉強度為標準,規定許用應力[σ]=σb/n,安全系數n一般取6。 需要注意的是,按照傳統的強度設計方法,必然會導致片面追求材料的高屈服強度,但是隨著材料屈服強度的提高,材料的抗脆斷強度在降低,材料的脆斷危險性增加了。
屈服強度不僅有直接的使用意義,在工程上也是材料的某些力學行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強度增高,對應力腐蝕和氫脆就敏感;材料屈服強度低,冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此,屈服強度是材料性能中不可缺少的重要指標
5.屈服強度參數在有限元計算中的使用
該參數并不參與有限元計算,只用于評價金屬材料構件的強度。如下圖所示的ANSYS Workbench自帶的結構鋼材料,該材料的拉伸屈服強度為250Mpa,這個參數不參與有限元計算。