1.1.1 强度

金属材料在外载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。由于载荷作用方式不同，强度可分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。工程上应用最普遍的是屈服强度和抗拉强度，这两种强度指标通常用拉伸试验来测定。

试验前，将被测金属材料按GB/T 228.1—2021《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》规定，制成一定形状和尺寸的标准试样，试验时将试样装夹在拉伸试验机上，缓慢加载（静载荷）。试样的伸长量会随着载荷的增加而增加，直至试样被拉断为止。试验机自动记录装置可将整个拉伸试验过程中的载荷大小与对应的伸长量之间的关系绘成力-伸长曲线图，如图1-1a所示。

由图1-1a可知，当载荷F为零时，伸长量ΔL为零。当载荷由零逐渐增大到F_e时，试样的伸长量与载荷成比例增加。此时卸除载荷，试样能完全恢复到原来的形状和尺寸，即试样处于弹性变形阶段。当载荷超过F_e时，试样除产生弹性变形外，还出现了塑性变形（或永久变形），即卸除载荷后，试样不能完全恢复到原来的形状和尺寸。当载荷加到F_H时，载荷曲线首次下降，并出现水平（或锯齿形）线段，这表示载荷不增加，试样却继续伸长，这种现象称为“屈服”，H点称为材料的上屈服强度。当载荷超过F_H后，试样的伸长量又随载荷的增加而增大，此时试样已产生大量的塑性变形。当载荷继续增加到F_m时，试样出现局部直径变细的现象，通常称为“缩颈”现象。产生缩颈现象后，由于试样承载截面变小，使试样继续拉伸所需的载荷变小。当载荷逐渐降低到F_k时，试样在缩颈处被拉断。

金属材料受到载荷作用后其内部会产生一个与载荷相平衡的抵抗力（即内力），此力的大小与外力相等，方向相反。金属材料单位面积上的内力称为应力，用R表示（旧国标用σ表示）。金属材料的强度就是用应力来度量的，图1-1b所示为退火低碳钢的应力-应变曲线。

1.屈服强度

试样产生屈服现象时的最小应力称为屈服强度。屈服强度用来表示金属材料抵抗微量塑性变形的能力。当材料所受应力低于屈服强度时，仅有微量塑性变形产生；超过屈服强度时，将产生明显的塑性变形。

屈服强度分上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度是试样发生屈服而力首次下降前的最大应力，用符号R_eH（MPa）表示。

式中 F_H——试样发生屈服而力首次下降前的最大载荷（N）；

S_o——试样的原始横截面面积（mm2）。

下屈服强度是试样在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力（即不计图1-1b中的a点所对应的应力），用符号R_eL（MPa）表示。

式中 F_L——试样在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小载荷（N）；

S_o——试样的原始横截面面积（mm2）。

下屈服强度相当于旧国标的屈服点σ_s（注：本书中，部分表格摘自国家标准，若所引用的最新版国家标准仍采用σ_s表示，则本书表格也沿用σ_s。其余符号同此处理）。

有些金属材料（如高碳钢、铸铁等）在拉伸试验中没有明显的屈服现象，很难测出屈服强度。在这种情况下，工程上采用规定塑性延伸强度R_p来表征材料抗屈服的性能，即试样标距部分的伸长率达到规定的原始标距百分比时的应力。例如，R_p0.2表示规定塑性延伸率为0.2%时的应力。该指标相当于旧国标中的σ_0.2。

式中 F_0.2——试样标距部分的塑性延伸率达到原始标距0.2%时的载荷（N）。

2.抗拉强度

试样被拉断前所能承受的最大拉应力称为抗拉强度，用符号R_m（MPa）表示（注：旧国标用σ_b表示）。

式中 F_m——试样断裂前所承受的最大载荷（N）。

抗拉强度是表示金属材料抵抗最大均匀塑性变形或断裂的能力。有些塑性较差的材料在拉伸试验中往往没有明显的屈服现象，而抗拉强度比较容易测定，因此抗拉强度也是衡量材料强度的一个重要指标。