屈服

BrookfieldYieldBrookfieldBrookfield一、概念•屈服强度又称为屈服极限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的应力（屈服值）;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%的永久形变）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。应力——应变曲线Brookfield•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)。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。应力——应变曲线Brookfield（2）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（yieldstrength）。•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）•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-塑性状态过度，它标志着宏观塑性变形的开始。应力——应变曲线Brookfield二、屈服强度的测定•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。•对于有明显屈服现象的金属材料（如一般的碳钢），可以在材料拉力试验机/电子拉力试验机进行测定，有两种方法：•（1）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。Brookfield屈服强度、上屈服强度、下屈服强度可以按以下公式来计算：a、屈服强度计算公式：Re=Fe/So；Fe为屈服时的恒定力。b、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。c、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。•（2）指针法•在材料拉力试验机/电子拉力试验机都材料进行试验时，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。Brookfield三、屈服的数学条件•对于处于单向拉伸（或压缩）的物体，当应力达到屈服极限时，材料开始进入塑性状态，对于处于复杂应力状态的物体，由弹性状态过渡到塑性状态的临界条件称为屈服条件•1）、Tresca（屈雷斯卡）屈服条件（最大切应力条件）屈雷斯卡屈服条件为：当最大切应力达到某一极限值时，材料开始进入塑性状态，即σ1-σ3=σs，其中σ1≥σ2≥σ3。在主应力空间，当差值、|σ1-σ2|、|σ2-σ3|、|σ3-σ1|中任意一个达到2k(材料常数)时，材料进入塑料性状态，即在拉伸试验时，σ1=2k=σs。在纯剪切试验时，σ1-σ3=2k=2τs，即。如果屈雷斯卡条件成立，必有τs=σs/2。Brookfield•2）、Mises（密赛斯）屈服条件Mises注意到Tresca屈服准则未考虑中间主应力的影响，且在主应力大小次序不明的情况下难以正确选用，于是提出以下表达式：22132322212)()()(sBrookfield•金属材料一般是多晶体合金，往往具有多相组织，因此，讨论影响屈服强度的因素，必须注意以下几点：•①屈服变形是位错增殖和运动的结果；•②实际金属材料的力学行为是由许多晶粒综合作用的结果；•③各种外界因素通过影响位错运动而影响屈服强度。•以下我们将从内、外两方面因素来进行分析。四、影响屈服强度的因素Brookfield（一）影响屈服强度的内在因素1、金属本性及晶格类型2、晶粒大小和亚结构3、溶质元素4、第二相（二）影响屈服强度的外在因素1、温度2、应变速率3、应力状态Brookfield（一）影响屈服强度的内在因素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到的阻力决定的，这些阻力有晶格阻力、位错间交互作用产生的阻力等。晶格阻力即派纳力。派纳力与位错宽度和柏氏矢量有关，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作用产生的阻力和运动位错与林位错交互作用产生的阻力。Brookfield2、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-1/2σi——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。亚晶界的作用与晶界类似，也阻碍位错运动。Brookfield3、溶质元素在纯金属中加入溶质原子(间隙型或置换型)形成固溶合金(或多相合金中的基体相)，将显著提高屈服强度，此即为固溶强化。如右图所示。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。图1-9低碳铁素体中固溶强化效果Brookfield4、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。Brookfield（二）影响屈服强度的外在因素1、温度一般，升高温度，金属材料的屈服强度降低，其原因在于温度升高，其原子振幅加快，自由能上升，这些能量可以帮助位错客服各种障碍物，从而使得塑性变形更容易产生。金属晶体结构不同，其变化趋势并不一样，如右图所示。W,Mo,Fe,Ni的屈服强度随温度的变化Brookfield2、应变速率应变速率增大，金属材料的强度增加(如右图)。这主要是因为，任何一种金属都有自己塑性变形的传播速度，如果加载速度大于它本身的塑性传播速度，必然会导致屈服点的提高。这是因为加载速度太快，外力方向的晶面转动不充分，滑移在试样的生长、扩展过程中就会受阻，在宏观上表现为起始塑性变形的抗力提高。应变速率对材料强度的影响Brookfield3、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。BrookfieldThanks