工程材料力学性能第二章.ppt

第二章金属在其它静载荷下的力学性能 目的： ???? 1．实际构件服役承受压缩、弯矩或扭矩作用，或有螺纹、孔洞、台阶等引起应力集中的部位; ??? ?2．不同的加载方式将产生不同的应力状态。 本章主要内容： ?? 1.应力状态软性系数的概念， ?? 2.压缩、弯曲、扭转和缺口试祥拉伸等特点、应用范围及力学性能指标。 ?? 3.金属的硬度试验方法: 布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 　 　 第一节 应力状态软性系数 塑性变形和断裂(韧性的或脆性的)是金属材料在静载荷下失效的主要形式。 工程上总是希望构件在韧性状态下工作，避免危险的脆性断裂。 ?? 构件或材料是韧性或脆性状态，取决材料本身的组织结构，还取决于应力状态，温度和加载速率等因素，并不是固定不变的，而是可以互相转化的。 举例：①铸铁 ?压→韧，拉→脆? ???????②韧性低碳钢? ?光滑，缺口 一 应力状态软性系数α ? ? 由材料力学可知，任何复杂的应力状态都可以用切应力和正应力表示。 ?? 切应力促进塑性变形，对塑性韧性有利；拉应力促进断裂，不利于塑性和韧性。 任何复杂应力状态都可用三个主应力 σ1σ2σ3来表示。 应力状态的柔度系数(亦叫软性系数)α 三向不等拉伸：α ?= 0.1? 单拉： σ1=σ σ2=σ3 ?=0 α = 0.5 扭转 单向压缩：α = 2 α 值越大，切应力越大，应力状态越“软”，金属越易于塑性变形和韧性断裂。 α ?值越小，正应力越大，应力状态越“硬”，金属越不易塑性变形而脆性断裂。 塑性与材料的结构、成分和应力状态有关，改变应力状态——改变塑性。 应力状态软性系数α ?的目的： 1、对应力状态改变塑性的影响，从定性到定量。 2、通过改变应力状态——改变塑性，脆性材料 和 塑性材料。 3、影响断裂的内在因素是材料本性，如σs,σb 4、外在因素：应力状态，温度和加载速度 第二节 压缩 压缩试验的特点： 一? 与拉伸相似：反向的拉伸 ? 拉伸时定义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在压缩试验中基本实用。 ?2．? 与拉不同： 变形不同：高度降低，截面积增加； 变形曲线、形态不同：塑性材料不裂。 二 与拉伸不同点： 1.如压缩时试件不是伸长而是缩短，横截面不是缩小而是胀大。 2.塑性材料压缩时只发生压缩变形而不断裂，压缩曲线一直上升。 考察塑性材料对加工工艺的适应性。 3.单向压缩载荷，应力状态软性系数 α＝2。 在拉伸裁荷下脆性断裂的材料(例如灰铸铁)，在压缩试验时也会显示一定的塑性。 例如 灰铸铁： 拉伸正断，塑性变形量几乎为零。 压缩时沿与轴线呈450方向产生切断。 若对脆性材料施加多向不等压缩载荷，由于应力状态软性系数 α ＞2，更易产生塑性变形。 三 应用 1.对于脆性材料比较其塑性差异而采用压缩试验。 2.对于在接触表面处承受多向压缩应力的机件，如滚动轴承的套圈与滚动体，采用多向压缩试验，使试验条件更接近实际服役条件。 1 塑性材料 2 脆性材料??? 压缩试验 用于脆性材料或低塑性材料塑性的度量，如铸铁、陶瓷等。 1 压缩试件为圆柱体、立方体和棱柱体。 2 为防止压缩时试件失稳，试件的高度和直径之比 A0／d0应取1.5-2.0。 为使试验结果能比较，试件的h0／d0值相等。 对于几何形状不同的试件，则h0／A0为定值。 3 压缩试验时,两端面光滑平整，相互平行 ，涂润滑油或石墨粉进行润滑。试件的端面加工成凹锥面。 4 通过压缩试验可测定下列主要压缩性能指标。 ? (1)规定非比例压缩应力 试样标距段内的非比例压缩变形达到规定的原始标距百分 比时的应力，称为规定非比例压缩应力。 例如分别表示规定非比例压缩应变为0.01％、0.2％时的压缩应力。 (2)抗压强度 试样压至破坏过程中的最大应力称为抗压强度。 ( 3)压缩试验也可测定金属压缩杨氏模量。 对于在压缩时产生明显屈服现象可测定压缩屈服点。还可通过最大变形量比较材料的塑性性能。 第三节 弯曲 一.弯曲试样的特点 ? 与拉伸试验相比有 以下特点： (1)? 试样形状简单、操作方便，无偏斜，用试样弯曲的挠度表示材料的塑性。 (2)?试样表面应力最大，较灵敏地反映材料表面缺陷。用来比较和鉴别渗碳层和表面淬火层等表面热处理机件的质量和性能。 (3)?测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。 （4）对于承受弯曲载荷的机件如轴、板状弹簧等常用弯曲试验测定其力学性能以作为选材的依据。 二.弯曲试验 弯曲试验时采用矩形或圆柱形试件。 试样在弹性范围内弯曲时，受拉侧表面的最大弯曲应