机械设计基础知识---屈服强度

1、定义

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。

2、屈服过程

逐渐增大材料所受应力，当应力超过材料的弹性极限后，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。在这一阶段的最大、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)。

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。

（1）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）；

（2）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。

3、分类

（1）银文屈服是指材料在受到应力作用时，表面出现一些有规律的、连续的、垂直于应力方向的微小裂纹，这些裂纹称为银纹。银纹现象与应力发白是两种不同的材料变形现象。

（2）剪切屈服是指材料在剪切应力作用下发生屈服的现象。在纯剪切应力状态下，材料的屈服极限与材料本身的力学性质有关。在剪切应力作用下，材料的局部变形区会出现塑性变形，导致材料屈服。

4、概念分析

4.1、屈服强度中MPa的解释

指的是压强单位，表示兆帕（megapascal）。MPa 是国际单位制中压强的单位 帕斯卡（Pa） 的倍数。

• 1帕（Pa） 是 1牛顿的力作用在 1平方米面积上所产生的压力。
• 1兆帕（MPa） = 1,000,000帕（Pa）。

屈服强度（Yield Strength）表示材料在受到外力时，开始发生永久性变形的应力。对于钢材等材料，屈服强度用 MPa 来表示，即单位面积上材料能够承受的最大应力值。例如，屈服强度为 250 MPa 意味着在 1平方米的面积上，材料可以承受 250 兆帕的力，而不会发生永久性变形。

因此，MPa 作为压强单位，可以描述材料在受力情况下的抗压、抗拉能力。

4.2、产生0.2%残余变形的应力值的解释

1. 残余变形：

残余变形指的是材料在受力后，去掉外力后仍然不能恢复到原始形状的部分变形。材料在达到屈服点后，虽然可以承受更大的力，但去掉力后会有不可逆的形变。

2. 0.2%的概念：

当我们提到“0.2%的残余变形”，意思是在材料受到外力作用时，材料长度增加了其原始长度的0.2%。这个变形量非常小，但它是屈服点的一个关键指标，用来判断材料何时开始发生永久变形。

例如：

• 如果一根钢棒原始长度为1000毫米，当受到一定应力时，它产生了2毫米的不可恢复的变形（即1000毫米的0.2%），此时施加的应力就是屈服强度。

3. 实际意义：

屈服强度可以通过实验测定。在拉伸测试中，钢材会受到拉力并逐渐变长。在应力较小时，材料表现为弹性变形，即当力去除后，材料可以恢复原状。但当应力达到一定值后，材料的变形不再完全恢复，开始发生永久性（塑性）变形。这时的应力就是屈服强度。

通常在工程实践中，0.2% 作为残余变形的标准值，表明材料进入了塑性变形阶段，不再是线性恢复。这种定义是为了方便在实际应用中确定材料的屈服点。

总结：

“产生0.2%残余变形的应力值”表示在材料拉伸过程中，施加的应力使得材料发生了不可恢复的0.2%长度变化，这时的应力值就是材料的屈服强度。这个定义为判断材料何时进入不可逆的变形状态提供了标准。