什麼是0.2%偏位降伏強度

對沒有明確降伏點的材料,卸載後殘留0.2%永久應變的應力。以將彈性區直線平行移動0.2%的線與曲線的交點求得。

日文名稱: 0.2%耐力

「0.2%偏位降伏強度」出現在1領域的1道練習題中(機械性質與破壞等)。

這個名詞所屬的領域: 機械性質與破壞

沒有降伏點之材料的「降伏標準」

軟鋼的拉伸試驗會出現應力突然下降的降伏點,但鋁合金、銅合金、沃斯田鐵系不鏽鋼、高強度鋼等,則是由彈性區平順地轉移到塑性區。因此,以卸載時殘留0.2%(應變0.002)永久應變的應力,約定視為降伏強度,這就是0.2%偏位降伏強度。JIS與ISO的拉伸試驗規格中表示為 R_p0.2,英文稱為0.2% offset yield strength或proof stress。

以偏位法讀取時的注意事項

將應力-應變曲線彈性區的直線沿應變軸方向平移0.2%,讀取與曲線相交點的應力。例如楊氏模數70 GPa的鋁合金,若偏位降伏強度為280 MPa,該點的彈性應變為0.4%,因此總應變約為0.6%。若由試驗機橫梁的位移求應變,夾持部與試驗機本身的變形也會加入,使彈性區的斜率偏小,因此要正確讀取偏位降伏強度,需以裝在試片上的伸長計量測應變。

與彈性限度及抗拉強度的差異

0.2%偏位降伏強度並不是完全不開始塑性變形的極限(彈性限度),而是已含有少量塑性變形的約定值。實際上,即使在比它低的應力下也會產生微小的塑性應變。依用途有時也使用0.1%或0.01%的偏位,偏位越小,值越低。抗拉強度是最大負荷除以原始截面積的值,是另一個量。偏位降伏強度與抗拉強度的比(降伏比)表示從降伏到破斷之間的餘裕。

在設計與材料比較中的用法

在機械零件的靜態強度設計中,常將0.2%偏位降伏強度除以安全係數來決定容許應力,作為使用中不發生永久變形的標準。在同一基準上比較有降伏點的鋼與沒有降伏點的合金時也很方便。不過強度越高的材料降伏比越高,超過偏位降伏強度後可能很快就接近破斷,因此也要一併確認伸長率與韌性。壓縮側或高溫下的偏位降伏強度可能與室溫拉伸不同,需要符合使用條件的數據。

練習0.2%偏位降伏強度的題目

對於像鋁合金這類不出現明確降伏點的材料,所使用的0.2%偏位降伏強度的求法,下列何者正確?

  1. A在應力-應變曲線上,直接讀取應變為0.2%之點的應力
  2. B取將彈性區直線平行移動應變0.2%後的直線與應力-應變曲線交點的應力
  3. C取相當於由最大負荷求得之抗拉強度的0.2%的應力
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正確答案:B. 取將彈性區直線平行移動應變0.2%後的直線與應力-應變曲線交點的應力

0.2%偏位降伏強度定義為卸除負荷後殘留0.2%永久應變(塑性應變)的應力。在應力-應變曲線上,將彈性區的直線沿應變軸方向平行移動0.002,讀取其與曲線相交點的應力。若直接讀取應變0.2%的點,其中也包含彈性應變,與定義不同,值會偏低。對應最大負荷的是抗拉強度,與0.2%偏位降伏強度是不同的量。對於像軟鋼這樣明顯出現上降伏點與下降伏點的材料,則使用降伏點的值。

常見問題

0.2%偏位降伏強度與降伏點有什麼不同?

降伏點是由應力-應變曲線上實際出現的應力急降或停滯讀取的值,有上降伏點與下降伏點。0.2%偏位降伏強度則是為了不出現降伏點的材料,以永久應變0.2%的約定所決定的值。

為什麼使用0.2%這個值?

這是依慣例選定的值,作為能以伸長計確實量測、又幾乎不影響零件功能的小永久應變。依用途,例如精密彈簧,也會使用0.1%或0.01%的偏位。

0.2%偏位降伏強度的符號是什麼?

在JIS Z 2241或ISO 6892-1的拉伸試驗中寫成 R_p0.2。在教科書或設計資料中也會寫成 σ0.2 或 σ_y,單位為MPa(N/mm²)。

解析中的「0.2%偏位降伏強度」

出現「0.2%偏位降伏強度」的題目(1題)

  1. 對於像鋁合金這類不出現明確降伏點的材料,所使用的0.2%偏位降伏強度的求法,下列何者正確?

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