金属在其他静载荷下的力学性能Li.ppt

第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 §2.1 应力状态系数 §2.2 压缩 §2.3 弯曲 §2.4 扭转 §2.5 硬度 §2.6 带缺口试样静载荷试验 主要指： 压缩、弯曲、扭转、硬度和带缺口试样力学性能。 原因： 零部件在使用过程中将承受不同类型的外应力；零件内部存在不同的应力状态。 §2.1应力状态系数 材料的塑性或脆性并非绝对，为了表示外应力状态对材料塑性变形的影响，特引入应力状态系数 α 的概念。 以方便选择检测方法。 例如：铸铁 压→韧，拉→脆 1、应力状态系数α? α 定义为： ??? ?? 式中 最大切应力τmax按第三强度理论计算，即 τmax=1/2(σ1-σ3)， σ1，σ3分别为最大和最小主应力。 最大正应力Smax按第二强度理论计算，即, ν——泊松比。  单向拉伸 α=1/2  扭 转 α=1/（1+ν）≈0.8 单向压缩 α=1/（2ν） ≈2 ? 意义——应力状态系数α表示材料塑性变形的难易程度。 α 越大表示在该应力状态下切应力分量越大，材料就越易塑性变形。 ∴把 α 值较大的称做软的应力状态，α值较小的称做硬的应力状态。 如单向静拉伸，应力状态较硬，适于塑变抗力与切断强度较低的所谓塑性材料试验；而正断强度较低的所谓脆性材料（淬＋低回的高碳钢、灰铸铁及某些铸造合金）在此种加载方式下会产生脆性正断，显示不出它们在韧性状态下所表现出的力学行为。 反之，对于塑性较好的金属材料，则采用三向不等拉伸，使之在更“硬”的应力状态下显示其脆性倾向。 2、力学状态图 力学状态图——以第二强度理论和第三强度理论两者的联合为基础，纵坐标为按第三强度理论计算最大切应力τmax ，横坐标为按第二强度理论计算最大正应力Smax。 自原点作不同斜率的直线，可代表应力状态系数α，这些直线的位置反映了应力状态对断裂的影响。 §2.2 压缩 2.2.1 材料压缩的特点 应力状态系数α=2，即应力状态软， ∴此时材料易产生塑性变形。软钢 易压缩成腰鼓状、扁饼状。铸铁 拉伸时断口为正断；压缩时沿45o方向切断。 ∴对塑性变形能力小的材料，或者使用工况为压缩状态的材料，在静拉伸外，还应采用压缩实验来评定。 2.2.2 压缩实验 σ～ε曲线与拉伸曲线的形式相同，  左图，1－拉神力与伸长曲线， 2－压缩力与变形曲线；右图，1－脆性材料，2－塑性材料 测试指标：抗压强度σbc、压缩σ0.01、压缩σ0.2或压缩σS 、压缩E、压缩断面收缩率ψbc 等  为减小试样在压缩过程呈腰鼓状的趋势，试样的两端需加工成具有α角度的凹园锥面，以便使试样能均匀变形。 §2.3 弯曲 2.3.1 弯曲试验的特点 弯曲试验常用于测定脆性材料的力学性能。 分析： （1）正应力 试样上表面为压应力，下表面为拉应力；（2）表面应力最大，中心线区域为零；（3）加力点处的作用力最大；（4）对试样的要求比拉伸时的宽松。 如铸铁、工具钢、表面渗碳钢等，常采用作弯曲试验。 2.3.2 弯曲试验（1）抗弯强度σbb 或σpc0.01、σpc0.2 M为最大弯矩，W为抗弯截面系数。  三点弯曲(左图) 弯矩 M=PL/4 直径为d的圆形试样,抗弯截面系数 W=（πd3）/32 对于宽度为b，高为h的矩形试样，抗弯截面系数 W=bh2/6 ； 四点弯曲(右图) 弯矩M=PL/2 （2）挠度f 试样断裂之前被压下的最大距离。 通过记录弯曲力F和试样挠度f之间的关系，求出断裂时的抗弯强度σbb和最大挠度fbb，以表示材料弯曲时的强度和朔性。  例如，灰铁的抗弯性能优于抗拉性能，球铁和可锻铸铁的σbb比灰铁大的多（例如珠光体球铁的σbb 700～1200MPa，是σbb的1.6～1.9倍 ） 韧性材料一般不作弯曲强度检测。 §2.4 扭转2.4.1 扭转试验的特点 1、特点（1）能检测在拉伸时呈脆性的材料的塑性性能。（2）长度方向，宏观上的塑 性变形始终是均匀的。 （3）能敏感地反映材料 表面的性能（4）断口的特征最明显 参见右图 (a)切断（有回旋状塑变痕迹） （b)正断(螺旋状) (c)木纹状断口（纵向剥层或裂纹） 分别