关于低碳钢拉伸曲线中的上下屈服点问题的疑惑

苍狼大地

在某一次持续几个小时的面试中，跟面试官聊到了钢材的性能，顺手画了经典的碳钢的拉伸曲线。然后面试官发问，为什么在材料曲线上存在上屈服点和下屈服点？为什么屈服点后存在一段波动曲线？
当时就懵了，隐隐约约感觉应该是跟微观键合力、滑移这块东西有关的内容。好像在国内的教材上也没有提到这个上下屈服点的原理，不过即使提到了，应该也没有老师会去展开来讲，很多老师可能也不懂这个。还好，面试官也就是后来的老大对我说，问了很多人，就一个学材料的博士答出来了，心里好受了些。

后来去查了点书，得到下面的解释，
《工程材料科学与设计 P325》：从弹性变形到塑性变形的转变是突然发生的，并伴有应力的降低。若继续变形，应力水平先保持恒定，然后开始上升。应力下降的主要原因是位错摆脱和间隙原子（钢中的碳）相关的应变场的钉扎作用而突然运动。材料的屈服强度定义为产生塑性变形时的最低应力（下屈服点）。上屈服点表征材料开始塑性变形时的应力。
《材料科学与工程基础 P154页》：材料在σ1处（下屈服点所处的应力值）应该塑性变形，但由于小间隙原子之间的位错滑移，引起屈服点上升至σ2 (上屈服点所在的应力值) （small interstitial atoms clusters around the dislocation interfere with slip and raise the yield point to σ2）。晶粒滑移导致强度增加至σ2 =>晶粒再次滑移，dislocation move away from the cluster of small atoms and continues to move to σ1。

上面两段解释还是理解得不很到位，也没有谈到为什么会存在曲线的波动，有没有很熟悉的大神给谈谈对这个的体会。谢谢。

2266998

各种材料不同，这个区域也不同，含碳量到一个水平，就很窄了，

本质说，就是滑移错位，开始，第一次错位，加强了材料抵抗变形的能力，同时，使塑性与抗冲击能力下降，

当载荷再次加大，突破了第一次的错位抵抗线，发生第二次错位，这个区域小，当低碳钢突破这个以后，即使没有断裂，其塑性与抗冲击能力也非常低了，冲击能量再次发生的时候，就非常容易断裂了，

高碳的，以及高合金钢，这个现象其实也有，只是非常近，区域小，大家不注意，因为突破第一次错动以后，合金钢很快就断裂了，因为其载荷一般很大，容不得第二次冲击，

a359618212

弹性变形向塑形变形时（错位一开始少，塑形变形就多了）就是错位的密度低，这个时候需要一个较大的力去克服（可以理解为最大静摩擦力）（类似于一堆三角形捏合）超过之后，就变为动摩擦，应力就下降了

无知

说解释不了大侠的问题，但来交流两点，一是美国金属学会出版的《金属手册》上讲，通常用上屈服点作为材料的屈服强度，个人也认为这更具实际意义。二是纯金属的应变应力曲线没有这个上下屈服之说，所以这个应该是和碳元素有关系，具体到晶体结构层次的力，就“坐等”大神了

召唤师

看了几遍前面几章的材料力学，这个问题从来没想过。

a359618212

然后位错密度大（理解静摩擦因子下降），再次克服的力就小了。。。。。。这是我的理解....

zerowing

说点个人观点。
从两个方面考虑。
1。拉伸曲线的测点是以圆柱试榜的拉伸应力应变为基础的。而实际试验不能完全满足杆件的正拉伸过程。换句话说，你的加载方式决定了，试件的实际截面应力不是完全均匀的面力。这个跟力学假设中的理想状态有区别。
因为这个区别的存在，加之材料本身各种缺陷的存在。实际测试过程中，试棒内材料的屈服变形呈现非同时性。有些部分会先屈服，有些则滞后。而这个不同时性，会导致实际试验数据的波动。可以参考韧窝形成的过程理解。
2。假设一个理想状态的材料，一个理想加载的环境。那么在一个纯正拉伸的屈服过程中。我们知道一定存在缩颈效应。当危险截面缩小一个量后（不一定是宏观可见的，这里说的缩颈同材料断裂前的明显宏观缩颈断裂有区别，以连续弹塑形为基础。或者说，视每一个微应变单元对应的变形过程是弹性的，而整体上呈塑性屈服），意味着正截面拉应力面积的减小，这个减小原则上应该对应一段应力的降低。其原因是韧性的铁素体片层出现滑移，整个珠光体或残余奥氏体或贝氏体趋于一个轴向的伸长变形。这个变形中，各珠光体晶粒件的位错不断聚集，但同时又不断有脆性的渗碳体断裂，因此这个过程中会对应材料危险截面上的应力波动。而随着这种拉伸变化的持续，当达到一定变形比时，各晶格的长度方向趋于一致，高位错聚集于各晶格之间，这时材料的变形主要以滑移为主，这种滑移会不断受到高位错的阻碍，呈现出一种强度不断提高的上升状态。当达到一个极限的时候，高键能位置出现断裂（比如渗碳体），材料开始呈现快速的应力下降状态，直至断裂扩展的一定尺寸，直接断开。在顺晶过程中，轴向方向的强度被一再强化同时韧性并没有降低很多，而径向得到强化的同时，且因为高密度的位错聚集，韧性降低，各项异性加剧，径向甚至产生脆性。这个过程中也伴随表面裂纹的产生。实际使用中往往需要表面探伤以保证不发生表面裂纹的发展。

个人观点，欢迎指正。

houbaomin0620

以前看书说，这种现象在中碳钢、低碳钢比较独特。将上屈服点解释为流变开始的应力，而将下屈服点解释为伸长继续进行的最低应力。很大程度上，应变曲线的形状手试验机类型的影响。