屈服强度及其影响因素
屈服强度ra
屈服强度(ra)1. 引言屈服强度(ra)是材料力学性能的重要指标之一。
它代表了材料在受力过程中开始发生塑性变形的临界点。
了解材料的屈服强度对于设计和选择合适的材料至关重要。
本文将深入探讨屈服强度的定义、测试方法以及影响因素。
2. 屈服强度的定义屈服强度(ra)是指材料在拉伸或压缩加载过程中，开始产生塑性变形且应力不再随应变线性增长的应力值。
在拉伸过程中，屈服强度通常指的是材料在拉伸试验中的屈服强度，而在压缩过程中，通常指的是材料在压缩试验中的屈服强度。
3. 屈服强度的测试方法3.1 拉伸试验拉伸试验是最常用的测试材料屈服强度的方法之一。
在拉伸试验中，材料样品会被置于拉伸机上，施加拉力，逐渐增加载荷直到样品发生塑性变形。
通过测量载荷和变形，可以确定材料的屈服强度。
3.2 压缩试验压缩试验也是测试材料屈服强度的一种常用方法。
在压缩试验中，材料样品会被放置在压缩机中，施加压力，逐渐增加载荷直到样品发生塑性变形。
通过测量载荷和变形，可以确定材料的屈服强度。
3.3 其他测试方法除了拉伸试验和压缩试验，还有一些其他的测试方法可以用来测量材料的屈服强度，如剪切试验、扭转试验等。
这些方法根据材料的不同特性选择不同的试验方式。
4. 影响屈服强度的因素4.1 材料的组织结构材料的组织结构是影响屈服强度的重要因素之一。
晶粒的尺寸、晶体的取向以及晶界的结构都会对材料的屈服强度产生影响。
通常情况下，晶粒尺寸较小、晶体取向较好、晶界结构较完善的材料具有较高的屈服强度。
4.2 温度温度也是影响材料屈服强度的重要因素之一。
随着温度的升高，材料的屈服强度通常会降低。
这是因为高温下材料的晶体结构容易发生变化，导致屈服强度下降。
4.3 加工硬化材料经过加工处理后，其屈服强度通常会增加。
加工硬化是通过塑性变形来改善材料的力学性能。
通过加工硬化，可以使材料的晶粒细化、位错密度增加，从而提高屈服强度。
4.4 化学成分材料的化学成分也会对屈服强度产生影响。
金属材料屈服强度的影响因素.
金属材料屈服强度及其影响因素屈服强度是指材材料开始产生宏观塑性变形时的应力。
对于屈服现象明显的材料，屈服强度就屈服点的应力—屈服值；对于屈服现象不明显的材料，通常将应力-应变曲线上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σ0.2或σys。
屈服强度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。
影响屈服强度的因素影响屈服强度的内在因素有：1.金属本性及晶格类型——纯金属单晶体的屈服强度由位错运动时所受的阻力决定。
这些阻力有晶格阻力和位错间交互作用产生的阻力之分。
其中晶格力与位错宽度和柏氏矢量有关，而两者又与晶体结构有关。
位错间交互产生的阻力包括平行位错间交互产生的阻力和运动位错与林位错交互产生的阻力。
用公式表示：T=αGb/L,式中α为比例系数，又因为密度ρ与1/L2成正比，因此，T=αGb ρ1/2，由此可见，密度增加，屈服强度也随之增加。
2.晶粒大小和亚结构——晶粒大小的影响是晶界影响的反映，减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，将使屈服强度提高。
许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均符合霍尔佩奇公式σs=σj +kyd-1/2,式中，σj是位错在基体金属中运动的总阻力，亦称摩擦阻力，它决定于晶体结构和位错密度；ky是度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数，或表示滑移带端部的应力集中系数；d为晶粒平均尺寸。
亚晶界的作用和晶界类似，也阻碍位错的运动。
3.溶质元素——纯金属中融入溶质原子形成间隙型或置换型固溶合金将会显著提高屈服强度，此即为固溶强化。
这主要是由于溶质原子和溶剂原子直径不同，在溶质周围形成了晶格畸变应力场，该应力场产生交互作用，使位错运动受阻，从而提高屈服强度。
4.第二相——工程上的金属材料，其显微组织一般是多相的。
第二相对屈服强度的影响与质点本身在金属材料屈服变形过程中能否变形有很大关系。
据此可将第二相质点分为不可变形和可变形的两类。
影响屈服强度的因素
3、应力状态 、
应力状态也影响屈服强度，切应力分量愈大， 愈有利于塑性变形，屈服强度则愈低，所以扭转比 拉伸的屈服强度低，拉伸要比弯曲的屈服强度低， 但三向不等拉伸下的屈服强度量最高。要注意，不 同应力状态下材料屈服强度不同，并非是材料性质 变化，而是材料在不同条件下表现的力学行为不同 而已。 总之、金属材料的屈服强度既受各种内在因 素影响，又因外在条件不同而变化，因而可以根据 人们的要求予以改变，这在机件设计、选材、拟订 加工工艺和使用时都必须考虑到。
亚晶界的作用与晶界类似，也阻碍位错运动。
（一）影响屈服强度的内在因素 3、溶质元素 、
在纯金属中加入溶质原子 (间隙型或置换型)形成因溶合 金(或多相合金中的基体相)， 将显著提高屈服强度，此即为 固镕强化。通常，间隙固溶体 的强化效果大于置换固溶体。 图1-9所示。 在固溶合金中，由于溶 质原子和溶剂原子直径不同， 在溶质周围形成了晶格畸变应 力场．该应力场相位错应力场 产生交互作用，使位错运动受 阻，从而使屈服强度提高。
（一）影响屈服强度的内在因素
对于可变形第二相质点，位错可以切过，使之 同基体一起产生变形，由此也能提高屈服强度。 第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量和 分布以及第二相与基体的强度、塑性相应变硬化待 性、两相之间的晶体学配合和界面能等因素有关。 在第二相体积比相同情况下，长形质点显著影响位 错运动，因而具有此种组织的金属材料，其屈服强 度就比具有球状的高。 综上所述，表征金属微量塑性变形抗力的屈服 强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标， 受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工 艺都可使屈服强度产生明显变化。
图1-9 低碳铁素体中固溶强化效果
（一）影响屈服强度的内在因素
பைடு நூலகம்
屈服强度及其影响因素
屈服强度及其影响因素屈服强度是材料在受到外力作用下发生塑性变形的临界点，即材料开始失去弹性，并开始发生塑性变形的应力值。
屈服强度是材料力学性能的重要指标之一，对材料的使用和设计起着重要的作用。
本文将对屈服强度及其影响因素进行探讨。
一、屈服强度的定义和意义屈服强度指的是在材料发生塑性变形之前，所能承受的最大应力。
在工程领域中，屈服强度常用于衡量材料的抗压、抗拉等能力。
屈服强度是材料设计、选择以及预测其破坏行为的重要参数。
屈服强度的研究对于优化材料的性能、提高产品的寿命有着重要意义。
了解屈服强度的影响因素和调控方法，可以为材料的设计、加工、应用提供指导，更好地满足工程实际需求。
二、影响屈服强度的因素1.晶粒尺寸：晶粒尺寸是屈服强度的一个重要因素。
在晶粒尺寸相同的情况下，晶粒越小，晶界数量越多，晶界强化效应越显著，屈服强度也会提高。
2.织构和取向：材料的织构和取向会影响屈服强度。
一般来说，晶粒取向均匀的材料具有较高的屈服强度，而取向不均匀的织构会降低屈服强度。
3.合金元素：添加合金元素可以显著影响屈服强度。
合金元素对晶界的强化效应可以提高材料的屈服强度。
此外，合金元素还可以改变材料的晶体结构和相变行为，从而影响屈服强度。
4.冷变形：冷变形是一种常用的提高材料强度的方法。
通过冷变形可以引入晶体缺陷，增加位错密度，从而提高屈服强度。
5.环境因素：环境因素也会对屈服强度产生影响。
例如高温环境下，材料容易发生软化现象，屈服强度会下降；而在低温环境下，材料的塑性会降低，屈服强度会增加。
三、调控屈服强度的方法1.改变晶粒尺寸：通过调控材料的加工过程，可以控制晶粒的尺寸。
例如通过细化晶粒可以提高材料的屈服强度。
2.合金化：通过添加合金元素，可以改变材料的组织结构，提高晶体的强化效应，从而提高屈服强度。
3.热处理：通过热处理可以改变材料的结构和性能，进而调控屈服强度。
例如通过时效处理可以提高材料的屈服强度。
4.控制环境条件：通过控制材料的使用环境可以调控屈服强度。
影响屈服强度的因素.
（一）影响屈服强度的内在因素
2、晶粒大小和亚结构
晶粒大小的影响是晶界影响的反映，减小晶粒尺寸将增 加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使 屈服强度提高。 许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均符合霍 尔—派奇(Hall—Petch)公式：σs=σi+kyd-1/2
σi ——位错在基体金属中运动的总阻力，亦称摩擦阻力，决定 于晶体结构和位错密度 ky ——度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数，或表示滑移带 端部的应力集中系数 d ——晶粒平均直径。
图1-9 低碳铁素体中固溶强化效果
（一）影响屈服强度的内在因素
4、第二相
工程上的金属材料，其显微组织一般是多相的。 除了基体产生固溶强化外，第二相对屈服强度也有 影响。第二相质点的强化效果与质点本身在金属材 料屈服变形过程中能否变形有很大关系。据此可将 第二相质点分为不可变形的和可变形的两类。 根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的 第二相质点，为此，必须克服弯曲位错的线张力。 弯曲位错的线张力与相邻质点的间距有关，故含有 不可变形第二相质点的金属材料，其屈服强度与流 变应力就决定于第二相质点之间的间距。
（一）影响屈服强度的内在因素
对于可变形第二相质点，位错可以切过，使之 同基体一起产生变形，由此也能提高屈服强度。 第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量和 分布以及第二相与基体的强度、塑性相应变硬化待 性、两相之间的晶体学配合和界面能等因素有关。 在第二相体积比相同情况下，长形质点显著影响位 错运动，因而具有此种组织的金属材料，其屈服强 度就比具有球状的高。 综上所述，表征金属微量塑性变形抗力的屈服 强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标， 受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工 艺都可使屈服强度产生明显变化。
屈服强度和屈服应力
屈服强度和屈服应力屈服强度和屈服应力是材料力学中的两个重要概念，它们是描述材料在受力作用下发生塑性变形的关键参数。
本文将详细介绍屈服强度和屈服应力的定义、测量方法、影响因素及其在工程实践中的应用。
一、屈服强度和屈服应力的定义1. 屈服强度屈服强度（yield strength）指材料在受到外力作用下开始发生塑性变形时所承受的最大应力。
也就是说，在这个应力水平下，材料开始出现可见的塑性变形，而不是弹性变形。
通常情况下，材料在达到屈服强度后会出现明显的颜色变化或翘曲等塑性形变。
2. 屈服应力屈服应力（yield stress）指材料在受到外力作用下开始发生塑性变形时所承受的最大应力值与截面积之比。
它是一个比较基本的物理量，反映了材料抵抗外界作用而产生塑性变形时所需要承受的最大内部压缩或拉伸应力。
二、测量方法1. 拉伸试验法拉伸试验法是最常用的测量屈服强度和屈服应力的方法。
这种方法需要将试样置于拉伸机上，通过施加外力使其发生变形，同时记录下载荷与变形量的关系曲线。
在这个曲线上，屈服强度和屈服应力分别对应着第一个明显的拐点。
2. 压缩试验法压缩试验法也可以用来测量材料的屈服强度和屈服应力。
这种方法需要将试样置于压缩机上，并施加逐渐增大的压力。
当材料开始发生塑性变形时，通过记录载荷与位移之间的关系曲线来确定其屈服强度和屈服应力。
三、影响因素1. 材料本身的特性材料本身的特性是影响其屈服强度和屈服应力的重要因素。
不同类型、不同制造工艺、不同热处理状态以及不同成分比例等都会对材料的塑性变形产生影响。
2. 环境温度环境温度也会对材料的塑性变形产生影响。
通常情况下，低温环境下材料的屈服强度和屈服应力会增加，而高温环境下则会减小。
3. 外界应力状态外界应力状态也是影响材料塑性变形的重要因素。
在不同的应力状态下，材料的屈服强度和屈服应力也会有所不同。
四、工程实践中的应用1. 材料选择在工程实践中，选择合适的材料是非常重要的。
影响屈服强度的因素
影响屈服强度的因素
1.材料的性质：材料的组成和结构决定了其屈服强度。
比如，金属晶
体的晶体结构和晶体缺陷，如晶界、位错和固溶体等对屈服强度有重要影响。
另外，晶体内的晶粒尺寸、晶界角、晶体生长方向等也会影响屈服强度。
2.温度：温度是影响材料屈服强度的重要因素。
一般情况下，随着温
度的升高，材料的屈服强度会下降。
这是因为高温下原子或分子热运动增强，材料内部形成的位错容易滑动，从而导致屈服强度的下降。
3.应力速率：应力速率也会影响材料的屈服强度。
应力速率是指材料
在受力的过程中应力的增长速率。
通常情况下，应力速率越大，材料的屈
服强度越高。
这是因为应力速率的增大会限制材料内部位错的活动，从而
增加了屈服强度。
4.微观结构：材料的微观结构如晶粒尺寸、晶界、相含量等也是影响
屈服强度的重要因素。
细晶粒材料通常具有较高的屈服强度，这是因为细
小的晶粒会限制位错的移动。
同时，晶界也会阻碍位错的运动，因此晶界
的密度和角度也会影响材料的屈服强度。
材料中的相含量也会影响材料的
屈服强度，比如固溶体的形成会提高材料的强度。
总之，材料的屈服强度受多个因素共同影响，包括材料的性质、温度、应力速率和微观结构等。
了解这些因素对屈服强度的影响可以帮助人们更
好地设计和选择材料，以满足不同应用需求。
屈服强度概述
屈服强度概述强度是指材料在受力下能够承受的最大应力。
在工程设计和材料选取中，强度是一个重要的参数，它直接影响着结构和材料的性能和可靠性。
而屈服强度是材料的一种特殊强度参数，它描述了材料在受力下开始产生塑性变形或发生断裂的临界点。
本文将对屈服强度及其影响因素进行概述。
1. 屈服强度定义屈服强度是指材料在持续加载或作用力逐渐增加的情况下，开始产生塑性变形或发生断裂的应力值。
通常使用拉伸试验来测定材料的屈服强度，即在拉伸试验机上施加力，逐渐增加应力直到发现材料开始发生塑性变形或断裂。
此时的应力值就是屈服强度。
2. 影响屈服强度的因素2.1 材料的化学成分不同材料的化学成分会影响其屈服强度。
例如，含碳量高的钢材具有较高的屈服强度，而含氧化物较多的铝合金则具有较低的屈服强度。
2.2 晶粒大小晶粒大小也会对材料的屈服强度产生影响。
晶粒尺寸越小，晶界的数量越多，能阻碍位错的移动，因此材料的屈服强度会增加。
2.3 加工硬化加工硬化是指通过冷变形等加工工艺来增加材料的屈服强度。
冷变形可以引入更多的位错和晶界，从而阻碍材料的位错移动和滑移，提高屈服强度。
2.4 温度温度对材料的屈服强度也有一定影响。
温度升高会降低材料的屈服强度，因为高温下原子和位错运动更加活跃，减少了材料的阻力。
3. 应用和意义屈服强度对于材料的应用和选择具有重要意义。
在工程设计中，了解材料的屈服强度可以帮助工程师选择合适的材料来满足设计要求。
例如，在桥梁工程中，需要选择具有足够屈服强度的材料来承受桥梁上的荷载。
此外，屈服强度也与材料的可靠性和安全性密切相关。
在材料的设计和使用过程中，必须确保材料的屈服强度具备足够的安全储备，以应对未知的外界荷载和环境变化。
因此，精确的屈服强度测试和控制可以提高结构和材料的可靠性。
4. 总结屈服强度是描述材料在受力下开始产生塑性变形或发生断裂的临界点的重要参数。
它受到材料的化学成分、晶粒大小、加工硬化和温度等因素的影响。
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材料屈服强度及其影响因素
1. 屈服标准
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σel表示。
应力超过σel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σ0.2或σys。
2. 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，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强化和弥散强化；(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。
3.屈服强度的工程意义
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。
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。
材料开始屈服以后，继续变形将产生加工硬化。
.加工硬化指数n的实际意义
加工硬化指数n反应了材料开始屈服以后，继续变形时材料的应变硬化情况，它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。
n还决定了材料能够产生的最大均匀应变量（见1.3.3内容），这一数值在冷加工成型工艺中是很重要的。
对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工硬化能力，否则，在偶然过载的情况下，会产生过量的塑性变形，甚至有局部的不均匀变形或断裂，因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保证。
形变硬化是提高材料强度的重要手段。
不锈钢有很大的加工硬化指数n=0.5，因而也有很高的均匀变形量。
不锈钢的屈服强度不高，但如用冷变形可以成倍地提高。
高碳钢丝经过铅浴等温处理后拉拔，可以达到2000MPa以上。
但是，传统的形变强化方法只能使强度提高，而塑性损失了很多。
现在研制的一些新材料中，注意到当改变了显微组织和组织的分布时，变形中既能提高强度又能提高塑性，见图1－7。
2.抗拉强度
在材料不产生颈缩时抗拉强度代表断裂抗力。
脆性材料用于产品设计时，其许用应力是以抗拉强度为依据的。
抗拉强度对一般的塑性材料有什么意义呢？虽然抗拉强度只代表产生最大均匀塑性变形抗力，但它表示了材料在静拉伸条件下的极限承载能力。
对应于抗拉强度σb的外载荷，是试样所能承受的最大载荷，尽管此后颈缩在不断发展，实际应力在不断增加，但外载荷却是在很快下降的。
材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
严格的说，它应该是真应力-应变曲线下所包围的面积也就是工程上为了简化方便，近似地采取：对塑性材料
静力韧度是一个强度与塑性的综合指标。
单纯的高强度材料象弹簧钢，其静力韧度不高，而只具有很好塑性的低碳钢也没有高的静力韧度，只有经淬火高温回火的中碳(合金)结构钢才具有最高的静力韧度
硬度并不是金属独立的基本性能，它是指金属在表面上的不大体积内抵抗变形或者破裂的能力2. 洛氏硬度试验的优缺点
洛氏硬度试验避免了布氏硬度试验所存在的缺点。
它的优点是：
1)因有硬质、软质两种压头，故适于各种不同硬质材料的检验，不存在压头变形问题；
2)压痕小，不伤工件表面；
3)操作迅速，立即得出数据，生产效率高，适用于大量生产中的成品检验。
缺点是：用不同硬度级测得的硬度值无法统一起来，无法进行比较。
2012.8.20。