在谈到材料的“弹性设计”时，大家或许可以不去过分关注材料的抗拉强度，也无需在意其断后延伸率，但材料的屈服强度却是无法忽略的核心指标。屈服强度不仅决定了材料在受力时何时开始发生塑性变形，还在很大程度上影响了结构设计的安全性和使用寿命。因此，屈服强度作为材料在力学性能中的关键参数，尤其在金属材料的机械性能测试中具有重要的评价意义。本文小编将系统性地分析屈服强度的上下屈服强度和规定塑性延伸强度，从定义、测试方法到其实际应用，全面阐释屈服强度在工程设计与应用中的重要性。

 

关键词：上屈服强度   下屈服强度   规定塑性延伸强度

 

 

一、屈服强度的基本概念

屈服强度（Yield Strength）是指材料在拉伸或压缩等外力作用下，开始产生不可逆的塑性变形时的应力值。当应力超过这个临界点后，材料的应变不再完全恢复，出现永久性变形。屈服强度是材料在塑性阶段的强度表征，对许多工程材料的结构设计具有指导意义，尤其在结构材料的选择中，屈服强度是决定材料能否承受一定荷载的关键指标。

 

小编在这里啰嗦一句，“屈服强度”的类别指的是常见的——上屈服强度ReH、下屈服强度ReL、规定塑性延伸强度Rp0.2（应变0.2%时对应的强度）。

 

上屈服强度，下屈服强度

 

上屈服强度（Upper Yield Strength）是应力刚刚达到屈服点时的最大应力值，通常是材料发生屈服的瞬间应力。上屈服强度标志着材料开始进入塑性变形状态。上屈服强度的出现主要是由于材料内部的位错滑移开始进行，而材料表面却尚未充分滑移，导致应力暂时增高。

 

下屈服强度（Lower Yield Strength）是材料在塑性流动阶段应力趋于平稳的应力值。它代表了材料在屈服平台上稳定流动时的应力水平。与上屈服强度相比，下屈服强度更接近材料在实际工作中承受的应力状态，因此常用来作为结构设计的参考值。

 

上屈服强度ReH、下屈服强度ReL处在同一种材料的应力-应变曲线中的不同位置。

 

图1   低碳钢应力-应变曲线

 

如图1所示某钢材应力-应变曲线，ReH、ReL分别代表材料屈服阶段的最大值和最小值。

 

图1中的浅蓝色曲线是截取的深蓝色曲线弹性阶段曲线的放大版（横向扩大100倍）。

 

Rpl=241MPa指的是弹性极限，在此之前，材料在外荷载作用下，表现为纯线性，卸除荷载之后，材料可以完全恢复原始状态，弹性极限对应的应变为0.0012；然后是ReH——上屈服强度262MPa，紧接着应力骤降至ReL——下屈服强度248MPa，此时对应的应变为0.03，是弹性极限的25倍；再然后材料历经应变硬化阶段直至达到抗拉极限Ru=434MPa；最后在颈缩过程中达到断裂，Rf——破环强度324MPa，此时对应的应变为0.38，是弹性极限的317倍！

 

对于不同的材料，有的要求取上屈服强度，有的要求取下屈服强度。例如，延性较弱的螺栓，发生破坏的时候比较突然，保守考虑一般取下屈服强度ReL，而延性较好的合金钢Q355B，破坏过程明显相对肉眼可见，一般要求上屈服强度ReH即可。

 

一般低合金钢的上屈服强度比下屈服强度高出10%左右，如表1所示某低合金钢实测ReH、ReL。

 

表1   某低碳钢机械性能实测值

 

规定塑性延伸强度

 

最后一个是规定塑性延伸强度Rp0.2。

 

规定塑性延伸强度（Proof Stress at Specified Plastic Elongation），也称为规定屈服强度，是指材料在达到某一预设永久变形（通常为0.2%）时的应力值，用符号Rp0.2表示。与上下屈服强度不同，规定塑性延伸强度适用于没有明显屈服平台的材料，如高强度合金、硬化后的金属材料等。

 

在测量规定塑性延伸强度时，通常使用应力-应变曲线上的补偿法，即沿弹性段曲线的斜率平移一条直线，直线与曲线的交点处的应力即为规定塑性延伸强度。这个指标对于那些塑性流动阶段不显著的材料尤其重要，因为它能较好地表征材料的抗变形能力。

 

这个参数是针对应力-应变曲线没那么标准，以至于难以找到屈服强度（无论是ReH还是ReL）的材料，典型如铝。

 

对于这类屈服点不甚显著的材料，行业一般采用“偏移法”选定材料屈服强度。

 

所谓“偏移法”是什么意思？

 

虽然这类材料的应力-应变曲线不像低碳钢那么典型，但是有一点是一致的——曲线前期都是线性的。业内正是利用这一点，将纯线性的前一段沿应变轴平移0.002（即0.2%），然后把平移之后的直线与原曲线的交点定为材料的屈服强度（如图2所示）。

图2   “偏移法”

 

值得说明的是，除了金属，检测塑料的屈服强度有时候也可以采用0.2%偏移法。而有的金属材料并不以0.2%对应的强度，而是以其他更大的应变（比方说0.4%）对应的强度作为屈服强度。

 

屈服强度的测试方法

屈服强度的测试一般通过拉伸试验进行。将试样装在拉伸试验机上，逐步增加负荷，并记录试样的应力-应变曲线。当曲线从线性关系转为非线性时，即为屈服点。对于具有上下屈服现象的材料，应测得上屈服强度和下屈服强度；对于无明显屈服平台的材料，则通过规定塑性延伸法获得屈服强度。

 

常见的测试步骤：

准备试样：加工符合标准尺寸的试样。

 

夹持试样：将试样固定在拉伸试验机上。

 

加载测试：在逐步增加负荷的过程中记录应力和应变。

 

读取屈服点：观察应力-应变曲线中的屈服转折点，确定屈服强度值。

 

规定屈服强度测量：对于没有屈服平台的材料，按预设的塑性变形标准进行屈服点计算。

 

屈服强度作为材料在塑性变形阶段的重要参数，涵盖了上屈服强度、下屈服强度以及规定塑性延伸强度三个方面。对于不同类型的材料和应用场景，这些屈服强度参数提供了具体的强度评价指标。在材料的工程应用中，合理利用和理解不同屈服强度的含义和测试方法，可以提高结构的设计效率和使用安全性。

 

 

来源：邱工笔记

关键词： 延伸强度 屈服强度