為什麼低碳鋼的屈服強度指標要取下屈服極限

A. 對於有屈服點的鋼筋為什麼取其屈服強度作為強度限值

由於有屈服點的鋼材到達屈服點後會產生很大的塑性變形 導致結構構件可能在鋼材尚未進入強化階段就產生破壞或者產生很大的變形和過寬的裂縫 以致不能使用 所以對於有屈服點的鋼筋要取其屈服強度作為強度限值

B. 為什麼採用鋼材的屈服點作為強度設計標准

隨著建築物抗震技術的發展及對抗震機理的深入分析，消能抗震成為建築物抗震技術的一個發展趨勢。低屈服點鋼作為消能抗震設計中主要部件的製作材料，其研製、發展自20 世紀90 年代以來受到廣泛關注，並在鋼種的研製和工程應用方面取得顯著進展。

機理分析

最初用於製作消能構件的是普通低碳鋼，其屈服強度在200 MPa 以上，但伸長率較低。為提高消能阻尼器的抗震效果，必須制備出強度更低、塑性更好的鋼板。為此，研究人員對鋼板屈服強度的產生機理進行分析，提出了降低屈服強度的有效方法。

為降低強度，必須消除如晶界強化、固溶強化、位錯強化和析出強化等強化手段。低屈服點鋼採用接近工業純鐵的成分設計，通過晶粒粗化及添加少量Ti、Nb 固定C、N 原子以降低其對位錯運動的阻礙作用。

Ti 在鋼中可依次形成TiN→Ti4C2S2→TiS 和TiC，所有多餘的Ti(Ti-3.42N-1.5S)最後可以形成TiC。台灣中鋼的研究表明,鋼中多餘的Ti 量達到0.03%或者與3.99C 比值為2 時，鐵素體晶粒尺寸顯著增加，認為較多的Ti 使得TiN、TiS 和TiC 等顆粒粗化從而失去晶界釘扎作用。

而當多餘的Ti 量超過0.03%時，由於多餘Ti 產生的溶質拖拽效應反而使得晶粒尺寸減小。但僅靠多餘的Ti 不能產生如此明顯的晶粒長大效果，自由C 原子的消除也有一定的作用。即僅僅添加Ti 並不能使鋼板的屈服強度降低到100MPa 以下。

台灣中鋼對加Ti 的部分鋼板在650~950℃進行了回火試驗。結果發現，在750~850℃回火，很多鋼板的屈服強度從200MPa 迅速降低到100MPa以下，而不含Ti 的鋼板只有小幅的下降。

(2)為什麼低碳鋼的屈服強度指標要取下屈服極限擴展閱讀

影響因素

影響屈服強度的內在因素有：結合鍵、組織、結構、原子本性。

如將金屬的屈服強度與陶瓷、高分子材料比較可看出結合鍵的影響是根本性的。從組織結構的影響來看，可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度，這就是：

(1)固溶強化；

(2)形變強化；

(3)沉澱強化和彌散強化；

(4)晶界和亞晶強化。沉澱強化和細晶強化是工業合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中，前三種機制在提高材料強度的同時，也降低了塑性，只有細化晶粒和亞晶，既能提高強度又能增加塑性。

影響屈服強度的外在因素有：溫度、應變速率、應力狀態。

隨著溫度的降低與應變速率的增高,材料的屈服強度升高，尤其是體心立方金屬對溫度和應變速率特別敏感，這導致了鋼的低溫脆化。應力狀態的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內在性能的一個本質指標，但應力狀態不同，屈服強度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度。

工程意義

傳統的強度設計方法，對塑性材料，以屈服強度為標准，規定許用應力[σ]=σys/n，安全系數n因場合不同可從1.1到2或更大，對脆性材料，以抗拉強度為標准，規定許用應力[σ]=σb/n，安全系數n一般取6。

需要注意的是，按照傳統的強度設計方法，必然會導致片面追求材料的高屈服強度，但是隨著材料屈服強度的提高，材料的抗脆斷強度在降低，材料的脆斷危險性增加了。

屈服強度不僅有直接的使用意義，在工程上也是材料的某些力學行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強度增高，對應力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強度是材料性能中不可缺少的重要指標。

參考資料來源：網路-屈服點

參考資料來源：網路-屈服強度

C. 低碳鋼 屈服機理

屈服是來金屬材料固有的屬自性。低碳鋼韌性和塑性好，屈服現象猶為突出。屈服是斷裂的前兆因為還有疲勞現象的存在，多以工程應用中考慮的零件所受最大應力要比屈服下極限低很多。
低碳鋼(low carbon steel)為碳含量低於0.25%的碳素鋼，因其強度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。它包括大部分普通碳素結構鋼和一部分優質碳素結構鋼，大多不經熱處理用於工程結構件，有的經滲碳和其他熱處理用於要求耐磨的機械零件。
低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強度和硬度較低，塑性和韌性較好。因此，其冷成形性良好，可採用卷邊、折彎、沖壓等方法進行冷成形。這種鋼還具有良好的焊接性。含碳量從0.10%至0.30%低碳鋼易於接受各種加工如鍛造，焊接和切削， 常用於製造鏈條， 鉚釘， 螺栓， 軸等。

D. 鋼結構設計為什麼將屈服強度定為材料強度取值的依據而不是抗拉強度

因為鋼材經過屈服強度後將進入塑性變形階段，雖然不會破壞，但其變形是不可逆回的。在工程設計中答，需要的不只是不破壞，關鍵是能正常使用。

發生塑性變形後會影響構件及結構的正常使用，因此材料強度不能取抗拉強度，只能取屈服強度。

大於屈服強度的外力作用，將會使零件永久失效，無法恢復。如低碳鋼的屈服極限為207MPa，當大於此極限的外力作用之下，零件將會產生永久變形，小於這個的，零件還會恢復原來的樣子。

(4)為什麼低碳鋼的屈服強度指標要取下屈服極限擴展閱讀

屈服強度的標准

1、比例極限應力-應變曲線上符合線性關系的最高應力，國際上常採用σp表示，超過σp時即認為材料開始屈服。

2、彈性極限試樣載入後再卸載，以不出現殘留的永久變形為標准，材料能夠完全彈性恢復的最高應力。國際上通常以ReL表示。應力超過ReL時即認為材料開始屈服。

3、屈服強度 以規定發生一定的殘留變形為標准，如通常以0.2%殘留變形的應力作為屈服強度，符號為Rp0.2。

E. 通過拉伸實驗,說明在桿件強度計算時,為什麼低碳鋼選取屈服極限而鑄鐵選取強度極限作為危險應力

低碳鋼在拉伸超過屈服極限時，其強度值迅速下降。而鑄鐵幾乎沒有塑性變形，達到強度極限即斷裂。

F. 低碳鋼拉伸屈服極限和剪切屈服極限有何關系

低碳鋼拉伸屈服極限和剪切屈服極限的關系在於：

許用切應力=0.5*許用屈服應力極限（按第三強度理論），

許用切應力=0.577*許用屈服應力極限（按第四強度理論），

一般計算時，取[τ]=(0.5～0.577)*[σ]。

低碳鋼為碳含量低於0.25%的碳素鋼，因其強度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。它包括大部分普通碳素結構鋼和一部分優質碳素結構鋼，大多不經熱處理用於工程結構件，有的經滲碳和其他熱處理用於要求耐磨的機械零件。

岩石的剪切強度與土一樣，也是有內聚力和內摩擦阻力兩部分組成，只是它們都比土大些，這與岩石具有牢固的連結有關。

低碳鋼拉伸試驗機，可以用作低碳鋼的拉伸試驗。試驗數據可用電腦儀器記錄並列印出來，試驗數據包括應力-應變曲線，屈服強度以及載入的速率和時間的記錄。能詳細的記錄整個試驗過程，並用於教學或試驗分析。

(6)為什麼低碳鋼的屈服強度指標要取下屈服極限擴展閱讀：

在載入實驗過程中，總的要求應是緩慢、均勻、連續地進行載入。並採用位移控制速率0.009mm/s。開始測定時至達到屈服強度階段，試樣平行長度的控制速率為0.009mm/S。達到強化階段後可適當增大速率至0.015mm/s。試樣拉斷後立即停機並先取下試樣，然後打開回油閥，使工作平台復位。

在實驗中，注意觀察拉伸過程四個特徵階段中的各種現象，記錄的上屈服點力FeH值、下屈服點力FeL值和最大力Fm值，上屈服強度Reh,下屈服強度Rel抗拉強度Rm

剪切強度表示粘接型膠黏劑在受切線方向的應力時單位面積上的最大斷裂負荷。根據受力方式可分為拉伸剪切強度、壓縮剪切強度、扭轉剪切強度、彎曲剪切強度等幾種，其中拉伸剪切強度最常用。

拉伸剪切強度測定試片一般為12.5cm×2.5cm×1.6mm，採用單面搭接，搭接面長度約12.5mm±0.25mm。測定時試片經過表面處理後，將膠黏劑均勻塗在試片上，然後將兩片試片疊合，在規定的條件下進行固化，兩片試片疊合後寬度方向的錯位不超過0.5mm。

G. 什麼是鋼材的上屈服強度和下屈服強度

上屈服強度：試樣發生屈服而力首次下降前的最大應力。下屈服強度：當不計初始瞬時效應時屈服階段中的最小應力。

有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現象，通常以發生微量的塑性變形(0.2%)時的應力作為該鋼材的屈服強度，稱為條件屈服強度。

材料的變形分為彈性變形（外力撤銷後可以恢復原來形狀）和塑性變形（外力撤銷後不能恢復原來形狀，形狀發生變化，伸長或縮短）。

(7)為什麼低碳鋼的屈服強度指標要取下屈服極限擴展閱讀

無明顯屈服現象的金屬材料需測量其規定非比例延伸強度或規定殘余伸長應力，而有明顯屈服現象的金屬材料，則可以測量其屈服強度、上屈服強度、下屈服強度。一般而言，只測定下屈服強度。

通常測定上屈服強度及下屈服強度的方法有兩種：圖示法和指針法。

屈服強度、上屈服強度、下屈服強度可以按以下公式來計算：

屈服強度計算公式：Re=Fe/So；Fe為屈服時的恆定力。

上屈服強度計算公式：Reh=Feh/So；Feh為屈服階段中力首次下降前的最大力。

下屈服強度計算公式：ReL=FeL/So；FeL為不到初始瞬時效應的最小力FeL。

H. 為什麼低碳鋼選取屈服極限，鑄鐵選取強度極限作為危險應力

低碳鋼選擇屈服強度主要是防止變形，而鑄鐵的屈服強度幾乎為零，其抗拉強度也就等於屈服強度。

I. 為什麼材料會出現上下屈服點

屈服強度：是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限，亦即抵抗微量塑性變形的應力。對於無明顯屈服的金屬材料，規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強度。大於此極限的外力作用，將會使零件永久失效，無法恢復。如低碳鋼的屈服極限為207MPa，當大於此極限的外力作用之下，零件將會產生永久變形，小於這個的，零件還會恢復原來的樣子。

（1）對於屈服現象明顯的材料，屈服強度就是屈服點的應力（屈服值）；

（2）對於屈服現象不明顯的材料，與應力-應變的直線關系的極限偏差達到規定值（通常為0.2%的原始標距）時的應力。通常用作固體材料力學機械性質的評價指標，是材料的實際使用極限。因為在應力超過材料屈服極限後產生頸縮，應變增大，使材料破壞，不能正常使用。

當應力超過彈性極限後，進入屈服階段後，變形增加較快，此時除了產生彈性變形外，還產生部分塑性變形。當應力達到B點後，塑性應變急劇增加，應力應變出現微小波動，這種現象稱為屈服。這一階段的最大、最小應力分別稱為上屈服點和下屈服點。由於下屈服點的數值較為穩定，因此以它作為材料抗力的指標，稱為屈服點或屈服強度(ReL或Rp0.2)。

有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現象，通常以發生微量的塑性變形(0.2%)時的應力作為該鋼材的屈服強度，稱為條件屈服強度（yield strength）。

首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形（外力撤銷後可以恢復原來形狀）和塑性變形（外力撤銷後不能恢復原來形狀，形狀發生變化，伸長或縮短）。

建築鋼材以 屈服強度 作為設計應力的依據。

yield strength，又稱為屈服極限 ，常用符號δs，是材料屈服的臨界應力值。

（1）對於屈服現象明顯的材料，屈服強度就是屈服點的應力（屈服值）；

（2）對於屈服現象不明顯的材料，與應力-應變的直線關系的極限偏差達到規定值（通常為材料發生0.2%延伸率）時的應力。通常用作固體材料力學機械性質的評價指標，是材料的實際使用極限。因為在應力超過材料屈服極限後產生塑性變形，應變增大，使材料失效，不能正常使用。

當應力超過彈性極限後，進入屈服階段後，變形增加較快，此時除了產生彈性變形外，還產生部分塑性變形。當應力達到B點後，塑性應變急劇增加，應力應變出現微小波動，這種現象稱為屈服。這一階段的最大、最小應力分別稱為下屈服點和上屈服點。由於下屈服點的數值較為穩定，因此以它作為材料抗力的指標，稱為屈服點或屈服強度(ReL或Rp0.2)。

a．屈服點yield point（σs）

試樣在試驗過程中力不增加（保持恆定）仍能繼續伸長（變形）時的應力。

b．上屈服點upper yield point（σsu）

試樣發生屈服而力首次下降前的最大應力。

c．下屈服點lower yield point（σsL）

當不計初始瞬時效應時屈服階段中的最小應力。

有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現象，通常以發生微量的塑性變形(0.2%)時的應力作為該鋼材的屈服強度，稱為條件屈服強度（yield strength）。

首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形（外力撤銷後可以恢復原來形狀）和塑性變形（外力撤銷後不能恢復原來形狀，形狀發生變化，伸長或縮短）

建築鋼材以 屈服強度 作為設計應力的依據。

所謂屈服，是指達到一定的變形應力之後，金屬開始從彈性狀態非均勻的向彈-塑性狀態過渡，它標志著宏觀塑性變形的開始。

J. 為什麼以鋼材的屈服強度作為靜力強度設計指標

原因：
（1）有強化階段作為安全儲備；
（2）不致產生工程中不允許的過大變形；專
（3）實測值較屬為可靠；
（4）可以近似沿用虎克定律。
屈服強度：是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限，亦即抵抗微量塑性變形的應力。對於無明顯屈服的金屬材料，規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強度。大於此極限的外力作用，將會使零件永久失效，無法恢復。如低碳鋼的屈服極限為207MPa，當大於此極限的外力作用之下，零件將會產生永久變形，小於這個的，零件還會恢復原來的樣子。