第二章 力学性能测试.pptVIP

* 第二章 力学性能及测试方法 一、力学性能的含义：材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。 主要包括：强度、塑性、硬度等。 （1）强度：材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。 常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2和抗拉强度σb （2）塑性：材料在断裂前发生塑性变形的能力。 塑性指标包括： 伸长率δ，即试样拉断后的相对伸长量； 断面收缩率?，即试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩小量 第一节 力学性能简介 （3）硬度：衡量材料软硬程度的一个性能指标。 硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。 最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。 因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。 二、力学性能的常规测试手段 （1）单向静拉伸实验 （3）扭转实验 （2）压缩实验 （4）弯曲实验 （5）冲击韧性实验 （6）断裂韧性实验 （7）疲劳性实验 （8）磨损性实验 第二节 常温单向拉伸性能及测试方法 一、 力–伸长曲线 图2.1 低碳钢的力—伸长曲线 F为拉力,?L为绝对伸长 P点以下为直线 A点以下为弹性变形 AC为屈服阶段 CB为均匀塑性变形 Bk为非均匀塑性变形 1—淬火后的高碳钢弹性、少量塑性变形 2—低合金钢，类似于低碳钢 3—黄铜 无明显屈服阶段 4—陶瓷、玻璃只有弹性变形 5—橡胶 弹性变形可达1000% 6—工程塑料 工程应变 工程应力 (Mpa) b 图2.1 低碳钢的应力应变曲线 a c d e k 真应变 真应力 二、应力—应变曲线 弹性变形阶段基本吻合 塑性变形阶段差异明显 工程设计和材料选用时多用工程应力和工程应变 材料科学研究中真应力和真应变具有重要意义 四个阶段 1）弹性变形阶段： ob段，比例极限、弹性极限 4）局部塑性变形阶段， ef段 2）屈服阶段： cd段，屈服强度 3）均匀塑性变形阶段： de段，抗拉强度 七种类型 1) 弹性模量 (Gpa) 三、重要拉伸性能指标 影响因素： 1、键合方式及原子结构 共价、离子及金属键弹性模量较大 2、晶体结构 非晶态材料的弹性模量呈各向同性 多晶态材料为各向同性 单晶材料为各项异性 3、化学成分 5) 抗拉强度 2) 比例极限?p0.01、弹性极限?p0.05和屈服强度?0.02 3) 断后伸长率 4) 断面收缩率 1) 试样制备 四、测试方法 a) 从棒材、管材、板材等成品上合理切取材料， 加工成标准尺寸试样。 图2.2 棒材、板材试样示意图 L0=10d或5d L0=10b或5b b) 粉、粒状原材料经模塑成形为标准尺寸试样， 材料性能受成型条件（成型方法、成型温度和 压力、冷却速度、后处理条件）影响。 图2.3 聚碳酸酯热处理时间对性能的影响 2) 实验仪器 拉力试验机：加载和测力 引伸计：测量变形 高低温辅助装置 图2.3 DL-1000B型拉力试验机 3) 实验步骤 a) 测量原始截面积S0和标记初始标距L0 圆形截面试样 矩形截面试样 圆管截面试样 未加工的等截面试样 b) 选择合适的夹具和拉伸速率 c) 数据处理 屈服强度?0.2 弹性模量 屈服强度?su、 ?sl 断面收缩率 一、压缩试验的应力-应变曲线及特点 图2.4 铸铁压缩应力-应变曲线 图2.5 低碳钢压缩应力-应变曲线 第三节 常温压缩性能及测试方法 压缩屈服强度 压缩弹性模量 相对压缩率 相对断面扩展率 抗压强度 二、压缩性能参量 三、测试方法 1) 试验试样 的试样适用于测量?pc、 ?sc 、?bc 的试样适用于测量?0.01c、 Ec 的试样仅适用于测量?bc、 2) 试验装置 试验机、引伸计 约束装置 图2.6 约束装置示意图 3) 实验步骤 a) 选择合适的压缩速率 b) 板状试样夹紧力的选择 c) 数据处理 Ec、?pc、?sc、 ?bc 第四节 常温扭转性能及测试方法 一、扭转试验的基本概念 在圆柱形试样两端施加大小相等、方向相反、 作用面垂直于试样轴线的力偶，测量试样的扭矩M和转角? 图2.6 扭转时的切应力与切应变 扭矩 定义 为极惯性距 为截面系数W ， 则有 , 图2.8 扭转试验计算示意图 切变模量 抗扭强度 二、扭转性能参量 三、测试方法 1) 试验试样 一般选用d=10mm，L0=50或100mm，Lc=70或120mm 满足Lc=L0+2d 2) 试验装置: 扭转试验机和扭转计 3) 数据处理 非比例扭转应力 抗扭强度 最大切应变