屈服强度解释：定义、重要性、图表以及如何计算
了解材料所经历的不同压力是了解当它是产品并面临现实世界中的压力和紧张时如何反应的关键。当您知道它如何承受时，您就会对您选择的材料感到有科学支持的安心，并且知道某物在破裂和变形之前可以拉伸、弯曲或压缩多远。属于这一应力范围的一个方便的概念是屈服强度的测量，我们将在前面更深入地探讨这一点。
什么是屈服强度？
屈服强度告诉工程师材料何时从弹性变形转变为塑性变形，前者是材料应该反弹的点，后者是材料无法再恢复到其原始形状或形式的点。它可以通过一个具体的公式来计算，我们稍后会讲到。但首先，重要的是要了解它在图表上的绘制方式以及应力应变图表上还存在哪些其他点。
屈服强度与 3D 打印有何关系？
屈服强度与 3D 打印相关，因为 3D 打印零件的强度很大程度上取决于材料、打印方向和打印质量。 3D 打印部件在每个打印层的平面内比在打印层的构建堆叠方向上更坚固。层间的分子键比层内的分子键弱，因此如果施加过大的力，它们就会分层。对零件进行定向以利用更好的层内强度可以提高零件的整体屈服强度。
要了解更多信息，请参阅我们的完整指南，了解有关 3D 打印的所有知识。
屈服强度会影响 3D 打印材料的性能吗？
是的，3D 打印材料的屈服强度对其性能有很大影响。屈服强度不足的 3D 打印零件可能会在应用中的正常工作负载下发生塑性变形。塑性变形不仅降低了零件的承载能力，而且增加了发生断裂的可能性。
如何理解屈服强度的应力-应变曲线图？
要获得屈服强度的直观表示，您可以在应力-应变曲线上放置点，但屈服强度并不是该图表上唯一可以计算和显示的内容。下面，您可以看到它的外观示例，我们将详细介绍您会注意到的其他功能。
要了解更多信息，请参阅我们有关应力应变曲线的文章。
解释屈服强度的应力应变图有哪些不同方法？
屈服点只是应力-应变曲线上的一个点。围绕该点的是可以从应力应变曲线描述和测量的其他特征。这些感兴趣点和区域在下面的列表中进行了解释：
1。屈服点
这是显示塑性变形何时开始的点，并让制造商和工程师了解材料在拉伸强度下如何承受。当您自己绘制它时，计算公式后，您会发现它存在于应力应变曲线的线性部分结束和非线性部分开始的位置。有趣的是，您还会注意到有些材料有两个 屈服点，如低碳钢。
2.弹性极限
查看这一点可以告诉您材料在永久变形之前可以承受的最大应变量。一旦压力减弱，它就会弹回到原来的形状，但如果你把它推到超过这个极限，就会发生变形。这是屈服点出现之前变形路上的最后一站。
3.比例限制
您会发现该点位于应力-应变曲线的线性部分的末端，并且它共享应力和应变不再彼此成正比的点。要找到这个数字，您可以使用杨氏模量，也称为弹性模量。
4。真实弹性极限
该点不经常使用，但它显示了材料的晶体结构何时在应力下开始发生变化，特别是当这种情况开始发生时的最低应力。它很少被展示或被过多考虑的原因是因为它是一个很难检测的点。
5。上下屈服点
屈服上限显示材料的晶格何时开始在其结构中出现位错，但即使是对应变和所使用的测试设备的最小影响也会对其产生严重影响，因此在设计和工程选择方面并不完全可靠。然而，较低的屈服点在测试中更容易重复，并且是在应变硬化开始之前，测试部分中出现 Luders 带的时期。
6。偏移屈服应力（证明应力）
这也称为屈服强度，是描述材料屈服强度的最常见方法。您可以通过绘制一条与应力-应变曲线的线性部分平行的线来找到它。该点与应力应变曲线的交点就是屈服强度。
屈服强度测试中的颈缩和断裂意味着什么？
这些不是曲线上的点，而是材料在测试其屈服强度期间可能发生的事情。颈缩是在峰值工程应力水平下发生断裂之前发生的一种变形形式，通常仅限于材料的特定部分。然后就会发生骨折或折断。一旦发生颈缩，由于样品面积减小，应力就会减小。
屈服强度的重要性是什么？
屈服强度很重要，因为它表征了材料在发生永久变形之前可以承受的最高应力。工程师经常使用材料的屈服应力来确定设计零件或结构可以承受的最大允许载荷。通过了解材料的屈服强度，工程师可以设计出更安全、更耐用的零件。
屈服强度的公式是什么？
要计算屈服强度，您可以依赖通常用于确定应力的公式。您可以在下面看到公式的写法。
该方程中的符号 F 代表施加的力，A0 是您正在测试的材料样本的横截面积。
该值通常以帕斯卡 (Pa)（应力的 SI 单位）或磅每平方英寸 (psi) 表示。屈服强度通常写为σY，其中使用希腊字母Sigma代表工程应力，Y代表屈服。您还可能会发现它写为 SY。
屈服强度的单位是什么？
屈服强度通常以帕斯卡 (Pa)（应力的 SI 单位）或磅每平方英寸 (psi) 表示。
屈服强度的符号是什么？
屈服强度的符号是σY。希腊字母σ是工程应力的符号，下标“Y”表示“屈服”。有时，“SY”也用来表示屈服强度。
如何从应力应变图中读取屈服强度？
要读取屈服强度图（应力-应变曲线），首先选择 Y 轴上的应力值。其次，绘制一条横跨 Y 轴上选定点与应力应变图线之间的水平线。第三，标记绘制的线和屈服强度图的交点。接下来，从标记点开始到 X 轴画一条垂直线。垂线与 X 轴的交点即为 Y 轴上所选应力对应的应变。
屈服强度的示例是什么
比较材料通常可以最好地了解屈服强度的表示方式以及典型值是什么样的——我们在这里举了一些例子：
- 钢铁： 这取决于钢材的锻造、成型和制造方式，但热轧 A36 钢的压力徘徊在 220 MPa 左右，而油淬或回火的钢材则可以具有高达 1,570 MPa 的更高值。
- 不锈钢： 奥氏体不锈钢的屈服强度范围约为 250 MPa，而沉淀硬化不锈钢的屈服强度可达 1,000 MPa。
- 铝合金： 这些往往低于钢，但高于塑料。 1100 级铝的平均屈服强度约为 24 MPa，而 7075 级铝的平均屈服强度约为 483 MPa。
- 塑料： 根据您使用的塑料，塑化 PVC 等材料的屈服强度预计为 4 MPa，碳纤维填充聚酰胺的屈服强度为 300 MPa。
使用什么设备来测量屈服强度？
万能试验机，也称为拉伸试验机，用于测量屈服强度。这些机器进行拉伸试验，在此过程中，通常以恒定的应变率将连续增加的拉伸载荷施加到测试样本上。当施加负载时，测试样本所经历的应力和应变被数字化捕获并绘制成图表。 应力显示在 Y 轴上，应变显示在 X 轴上。屈服强度是通过从应力-应变图的线性部分创建一条 0.2% 正应变的平行偏移线来确定的。偏移线与应力应变图交点处的应力即为材料的屈服强度。
要了解更多信息，请参阅我们有关拉伸试验机的文章。
凯特·德·纳乌姆
Kat de Naoum 是一位来自英国的作家、作家、编辑和内容专家，拥有 20 多年的写作经验。 Kat 拥有为各种制造和技术组织写作的经验，并且热爱工程领域。除了写作之外，Kat 还担任了近 10 年的律师助理，其中 7 年从事船舶融资工作。她为许多出版物撰写文章，包括印刷版和在线版。 Kat 拥有金斯顿大学英国文学和哲学学士学位以及创意写作硕士学位。
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