材料性能学-第二章.ppt

三、材料缺口敏感度及其影响因素 缺口敏感度：试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值，该值越大，缺口敏感性越小。 影响缺口敏感性的因素： 材料本身性能、应力状态 缺口形状、尺寸、试验温度 第二章 教学基本要求 2.1 应力状态软性系数 2.2 扭转、弯曲与压缩的力学性能 2.3 缺口试样静载力学性能 2.4 硬度 一、掌握洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度的概念及相应指标的表示方法. 三、能进行简单的硬度值的计算。 教学基本要求 二、理解布氏硬度、维氏硬度的试验原理、各自的优缺点及应用对象。 材料在实际应用中的变形和断裂方式主要决定于承载条件下的应力状态，不同的应力状态的最大正应力 和最大切应力 的相对大小不同。 应力状态可用三个主应力表示： 最大切应力： 最大正应力： 应力状态软性系数： 扭转试验：一般采用圆柱形试样在扭转试验机上进行。 一、扭转及其性能指标 1、扭转试验测定的力学性能指标 规定非比例扭转应力：当试件标距部分表面非比例切应变达到规定值时，按弹性扭转公式计算出的应力。表示材料对扭转塑性变形的抗力： 扭转屈服强度： 扭转极限强度： 真实扭转强度极限：根据塑性力学理论，按圆柱形试样产生大量塑性变形条件下的扭转真应力计算： 当 时： 剪切弹性模量： 扭转相对残余切应变： （1）对于塑性材料： （2）对于脆性材料和低塑性材料： 2、扭转试验的特点及应用 （1）扭转的应力状态软性系数比拉伸的应力状态软性系数高，可用来测定在拉伸时呈脆性的材料的强度和塑性； （2）扭转试验对材料表面硬化及表面缺陷的反映敏感，可用于表面强化研究和热处理表面质量检验； （3）可精确评定拉伸时出现颈缩的材料的形变能力和形变抗力； （4）是测定大部分金属材料切断强度的可靠方法，还可根据断口特征判断断裂方式。 二、弯曲及其性能指标 弯曲试验：用圆柱或方形试样在万能试验机上进行。 弯曲图：载荷或弯矩与试样最大挠度之间的关系曲线，用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： （1）直径为d0的圆柱试样： （2）宽度b、高度h的矩形试样： 脆性材料的抗弯强度： 最大弯曲挠度fmax：表示材料的塑性，由挠度计读出。 弯曲弹性模数、规定非比例弯曲应力、断裂挠度、断裂能量 弯曲试验的特点及其应用： （1）受拉一侧的应力状态基本与静拉伸时同，不存在试样偏斜对试验结果的影响，常用于测脆性材料的断裂强度； （2）试验时表面上应力最大，可用于比较和评定材料表面处理层的质量。 三、压缩及其性能指标 压缩试验：对圆柱形试样施加轴向压力，在其变形和断裂过程中测定材料的强度和塑性等力学性能。 压缩曲线：压力和变形的关系曲线。 脆性材料的抗压强度及压缩塑性指标： 规定非比例压缩应力： 抗压强度： 相对压缩率： 相对断面扩展率： 压缩试验的特点及应用： （1）单向压缩的应力状态软性系数α=2，压缩试验主要用于脆性材料，以显示其在韧性状态下的力学行为。 （2）塑性材料一般不采用压缩方法检验。 （3）多向不等压缩试验的应力状态软性系数α2，适用于脆性更大的材料，可反映此类材料的微小塑性差异。 一、缺口处的应力分布特点及缺口效应 1、弹性状态下的应力分布 缺口的第一个效应：根部产生应力集中，缺口造成应力应变集中。 薄板中心是两向拉伸的平面应力状态。 厚板的缺口根部为两向应力状态，缺口内侧为三向应力状态。 缺口的第二个效应：缺口改变了缺口前方的应力状态，使平板中材料所受的应力由原来的单向拉伸改变为两向或三向拉伸。 影响缺口应力集中程度的因素：缺口形状、角度、深度及根部曲率半径（影响最大） 用应力集中系数Kt表示应力集中程度： 2、塑性状态下的应力分布 当缺口前方产生塑性变形后，最大应力不在缺口根部，而在其前方一定距离处。 随塑性变形逐步向内迁移，各应力峰不但越来越高，而且位置也逐步移向中心。 缺口的第三个效应：缺口使塑性材料得到强化 脆性材料缺口试样的强度比光滑试样要低。 二、缺口试样的静拉伸及静弯曲性能 缺口敏感性：材料因存在缺口造成三向应力状态和应力应变集中而变脆的倾向。 1、缺口试样的静拉伸和偏斜拉伸 静拉伸试验：研究高强度材料的缺口敏感性、钢和钛的氢脆、高温合金的缺口敏感性 偏斜拉伸试验：同时存在拉伸和弯曲复合作用，其应力状态更硬，缺口截面上应力更不均匀，能显示材料的高度民主敏感状态，适合于高强度螺栓等零件的选材和热处理工艺优化。 2、缺口试样静弯曲 可显示材料的缺口敏感性，由于缺口和弯曲引起的应力不均匀性叠加，使缺口弯曲比缺口拉伸应力应变不均匀性更严重