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一、屈服強(qiáng)度的基本概念

屈服強(qiáng)度（Yield Strength）是指材料在拉伸或壓縮等外力作用下，開始產(chǎn)生不可逆的塑性變形時的應(yīng)力值。當(dāng)應(yīng)力超過這個臨界點(diǎn)后，材料的應(yīng)變不再完全恢復(fù)，出現(xiàn)永久性變形。屈服強(qiáng)度是材料在塑性階段的強(qiáng)度表征，對許多工程材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有指導(dǎo)意義，尤其在結(jié)構(gòu)材料的選擇中，屈服強(qiáng)度是決定材料能否承受一定荷載的關(guān)鍵指標(biāo)。

“屈服強(qiáng)度”的類別指的是常見的——上屈服強(qiáng)度ReH、下屈服強(qiáng)度ReL、規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2（應(yīng)變0.2%時對應(yīng)的強(qiáng)度）。
 

上屈服強(qiáng)度，下屈服強(qiáng)度

上屈服強(qiáng)度（Upper Yield Strength）是應(yīng)力剛剛達(dá)到屈服點(diǎn)時的最大應(yīng)力值，通常是材料發(fā)生屈服的瞬間應(yīng)力。上屈服強(qiáng)度標(biāo)志著材料開始進(jìn)入塑性變形狀態(tài)。上屈服強(qiáng)度的出現(xiàn)主要是由于材料內(nèi)部的位錯滑移開始進(jìn)行，而材料表面卻尚未充分滑移，導(dǎo)致應(yīng)力暫時增高。

下屈服強(qiáng)度（Lower Yield Strength）是材料在塑性流動階段應(yīng)力趨于平穩(wěn)的應(yīng)力值。它代表了材料在屈服平臺上穩(wěn)定流動時的應(yīng)力水平。與上屈服強(qiáng)度相比，下屈服強(qiáng)度更接近材料在實際工作中承受的應(yīng)力狀態(tài)，因此常用來作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的參考值。

上屈服強(qiáng)度ReH、下屈服強(qiáng)度ReL處在同一種材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的不同位置。
 

圖1中的淺藍(lán)色曲線是截取的深藍(lán)色曲線彈性階段曲線的放大版（橫向擴(kuò)大100倍）。

規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度

最后一個是規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2。

規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度（Proof Stress at Specified Plastic Elongation），也稱為規(guī)定屈服強(qiáng)度，是指材料在達(dá)到某一預(yù)設(shè)永久變形（通常為0.2%）時的應(yīng)力值，用符號Rp0.2表示。與上下屈服強(qiáng)度不同，規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度適用于沒有明顯屈服平臺的材料，如高強(qiáng)度合金、硬化后的金屬材料等。

在測量規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度時，通常使用應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的補(bǔ)償法，即沿彈性段曲線的斜率平移一條直線，直線與曲線的交點(diǎn)處的應(yīng)力即為規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度。這個指標(biāo)對于那些塑性流動階段不顯著的材料尤其重要，因為它能較好地表征材料的抗變形能力。

這個參數(shù)是針對應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒那么標(biāo)準(zhǔn)，以至于難以找到屈服強(qiáng)度（無論是ReH還是ReL）的材料，典型如鋁。

對于這類屈服點(diǎn)不甚顯著的材料，行業(yè)一般采用“偏移法”選定材料屈服強(qiáng)度。

所謂“偏移法”是什么意思？

雖然這類材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線不像低碳鋼那么典型，但是有一點(diǎn)是一致的——曲線前期都是線性的。業(yè)內(nèi)正是利用這一點(diǎn)，將純線性的前一段沿應(yīng)變軸平移0.002（即0.2%），然后把平移之后的直線與原曲線的交點(diǎn)定為材料的屈服強(qiáng)度（如圖2所示）。

值得說明的是，除了金屬，檢測塑料的屈服強(qiáng)度有時候也可以采用0.2%偏移法。而有的金屬材料并不以0.2%對應(yīng)的強(qiáng)度，而是以其他更大的應(yīng)變（比方說0.4%）對應(yīng)的強(qiáng)度作為屈服強(qiáng)度。


 

雙柱拉力試驗機(jī)示意圖
 

屈服強(qiáng)度的測試方法

屈服強(qiáng)度的測試一般通過拉伸試驗進(jìn)行。將試樣裝在拉伸試驗機(jī)上，逐步增加負(fù)荷，并記錄試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。當(dāng)曲線從線性關(guān)系轉(zhuǎn)為非線性時，即為屈服點(diǎn)。對于具有上下屈服現(xiàn)象的材料，應(yīng)測得上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度；對于無明顯屈服平臺的材料，則通過規(guī)定塑性延伸法獲得屈服強(qiáng)度。

常見的測試步驟：

1. 準(zhǔn)備試樣：加工符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試樣。

2. 夾持試樣：將試樣固定在拉伸試驗機(jī)上。

3. 加載測試：在逐步增加負(fù)荷的過程中記錄應(yīng)力和應(yīng)變。

4. 讀取屈服點(diǎn)：觀察應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的屈服轉(zhuǎn)折點(diǎn)，確定屈服強(qiáng)度值。

5. 規(guī)定屈服強(qiáng)度測量：對于沒有屈服平臺的材料，按預(yù)設(shè)的塑性變形標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行屈服點(diǎn)計算。

屈服強(qiáng)度作為材料在塑性變形階段的重要參數(shù)，涵蓋了上屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度以及規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度三個方面。對于不同類型的材料和應(yīng)用場景，這些屈服強(qiáng)度參數(shù)提供了具體的強(qiáng)度評價指標(biāo)。在材料的工程應(yīng)用中，合理利用和理解不同屈服強(qiáng)度的含義和測試方法，可以提高結(jié)構(gòu)的設(shè)計效率和使用安全性。
 

雙柱拉力試驗機(jī)示意圖