第二章 金属在其他静载下的力学性能(2压弯扭剪).ppt

第二章 材料在其他静载下的力学性能 第一节 应力状态软性系数 第二节 材料压缩力学性能 1 单向压缩试验 单向压缩时应力状态的软性系数大（2），故用于测定脆性材料，如铸铁、轴承合金、水泥和砖石等的力学性能。 由于压缩时的应力状态较软，故在拉伸、扭转和弯曲试验时不能显示的力学行为，而在压缩时有可能获得。 压缩可以看作是反向拉伸。因此，拉伸试验时所定义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在压缩试验中基本上都能应用。 根据压缩曲线，可以求出抗压强度和塑性指标。 对于低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度σbc，相对压缩率εck和相对断面扩胀率ψck。 抗压强度σbc σbc=Pbc/A0 相对压缩率εck εck=(h0-hk)/h0×100％ 相对断面扩胀率ψck ψck=(Ak-A0)/A0×100％ 式中Pbc为试件压缩断裂时的载荷;h0和hk分别为试件的原始高度和断裂时的高度；A0和Ak分别为试件的原始截面积和断裂时的截面积。 压缩试验用的试样其横截面为圆形或正方形，试样长度一般为直径或边长的2.5～3.5倍。在有侧向约束装置以防试样弯曲的条件下，也可采用板状试样。 金属的多向不等压缩实验方法可根据机件的形状自行设计装置进行实验。 第三节 材料弯曲力学性能 弯曲试验时，用圆柱试样或方形试样在万能试验机上进行。 加载方式一般有两种： A.三点弯曲加载 B.四点弯曲加载 通过记录载荷F(或弯矩)与试样最大挠度之间的关系曲线——弯曲图来确定材料在弯曲载荷下的力学性能。 试样弯曲时，受拉一侧表面的最大正应力为 2．弯曲试验的特点 (1)弯曲加载时受拉的一侧应力状态基本上与静拉伸时相同，且不存在如拉伸时的所谓试样偏斜对试验结果的影响。因此弯曲试验常用于测定那些由于太硬难于加工成拉伸试样的脆性材料的断裂强度。 (2)弯曲试验时，截面上的应力分布也是表面上应力最大，故可灵敏地反映材料的表面缺陷。因此，常用来比较和评定材料表面处理层的质量。 (3)塑性材料的F－挠度曲线的最后部分可任意延长，表明弯曲试验不能使这些材料断裂。在这种情况下虽可测定规定非比例弯曲应力，但实际上很少应用。对这些材料应采用拉伸试验。 3、弯曲试验的应用 用于测定灰铸铁的抗弯强度，灰铸铁的弯曲试样一般采用铸态毛坯圆柱试件。 用于测定硬质合金的抗弯强度，硬质合金由于硬度高，难以加工成拉伸试件，故常做弯曲试验以评价其性能和质量。 陶瓷材料的抗弯强度测定。 第四节 材料扭转力学性能 一、扭转试验的特点 当圆柱试样承受扭矩T进行扭转时，在与试样轴线呈45°的两个斜截面上承受最大与最小正应力σ1和σ3，在与试样轴线平行和垂直的截面上承受最大切应力。α 值接近于1（0.8）。 在弹性变形阶段，试样横截面上的切应力和切应变沿半径方向的分布是线性的。当表层产生塑性变形后，切应变的分布仍保持线性关系，但切应力则因塑性变形而有所降低，不再呈线性分布。 扭转试验的特点： 1)扭转的应力状态软性系数为0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为，特别是那些在拉伸时呈现脆性的金属材料的塑性性能。 2)圆柱形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有缩颈现象。试样截面和标距长度基本保持不变，所以能精确地反映出拉伸时出现颈缩的高塑性材料直至断裂前的变形能力和形变抗力。 3)能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能。因此，可利用扭转试验研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。 4)扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值上大体相等，而生产上所使用的大部分金属材料的正断抗力大于切断抗力，所以，扭转试验是测定这些材料切断抗力最可靠的方法。 根据扭转试样的宏观断口特征，还可明确区分金属材料最终断裂方式是正断还是切断。 塑性材料的断裂面与试样轴线垂直，断口平整，有回旋状塑性变形痕迹，这是由切应力造成的切断； 脆性材料的断裂面与试样轴线成45°角，呈螺旋状，这是在正应力作用下产生的正断。 扭转试验 扭转试验主要采用直径d0=10mm、标距长度L0分别为50mm或100mm的圆柱形试样。试验时对试样施加扭矩T，随着扭矩的增加，试样标距L0间的两个横截面不断产生相对转动。金属扭转时的扭矩－扭角如图。 试样在弹性范围内表面的切应力和切应变可分别由式(2—9)、(2—10)求出 扭转试验可测定下列主要性能指标： (2)测定屈服点： 在拉伸试验中，呈现明显物理屈服现象的金属材料(如低碳钢)，进行扭转试验时也同样呈现屈服现象。在扭转曲线或试验机扭矩度盘上读出屈服时的扭矩，就可计算出屈服点。 (3)测定抗