材料在其他静加载下的力学性能

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1、第二章材料在其他静加载下的力学性能Ø机械和工程结构的很多零件是在扭矩、弯矩或轴向压力作用下服役的，需要测定材料在扭转、弯曲和轴向压缩加载下的力学性能Ø材料选用和制订热处理工艺的依据。第一节应力状态软性系数材料的塑性变形和断裂与应力状态关系密切，正应力导致解理断裂（脆断），切应力导致韧性断裂。其中最大正应力和最大剪应力分别对脆断和剪断其主要作用。不同应力状态，两种最大应力的大小不同。最大切应力τmax=（σ1-σ3）最大当量正应力Smax（Smax=σ1-ν（σ2+σ3应力状态的柔度系数(亦叫软性系数)α，即α=τmax/Smaxα值愈大，应力状态愈“柔”，愈易变形而较不易开裂，即

2、愈易处于韧性状态。α值愈小，则相反，愈易倾向脆性断裂对单向拉伸、对扭转、对单向压缩分别为1717第二节扭转、弯曲与压缩的力学性能一扭转及其性能指标1扭转的应力状态塑性变形后，各点的切应变仍与该点距中心的距离成正比，但切应力则因塑性变形而降低，在圆杆表面上，在切线和平行于轴线的方向上切应力最大，在与轴线成45o的方向上正应力最大，正应力等于切应力。γ=tgα=φd0/2l0×100％式中α为圆杆表面任一平行于轴线的直线因τ的作用而转动的角度,φ为扭转角;l0为杆的长度。2扭转试验及测定的力学性能扭转试验采用圆柱形(实心或空心)试件,在扭转试验机上进行。扭转试件标距为100mm；有时

3、也采用标距为50mm的短试件。抗扭强度切变模量G=τ/γ=32Ml0／(πΦd04)17扭转比例极限τpτp=Mp/W式中Mp为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。扭转屈服强度τ0.3τ0.3=M0.3/W式中M0.3为残余扭转切应变为0.3%时的扭矩。该值和条件屈服强度相当。抗扭强度τb=Mb/W式中Mb为试件断裂前的最大扭矩。3扭转试验的特点及应用(1)扭转时应力状态的柔度系数较大，因而可用于测定那些在拉伸时表现为脆性的材料，如淬火低温回火工具钢的塑性。(2)圆柱试件在扭转试验时，整个长度上的塑性变形始终是均匀的，其截面及标距长度基本保持不变，不会出现静拉伸时试件上发生的颈缩现象。

4、(3)用扭转试验精确地测定高塑性材料的变形抗力和变形能力，而这在单向拉伸或压缩试验时是难以做到的。(4)扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式，正断或切断。(5)扭转试验时，试件截面上的应力应变分布表明，它将对金属表面缺陷显示很大的敏感性．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。17应用：(1)用热扭转试验确定材料在热加工(轧制、锻造、挤压)时的最佳温度；(2)对单相合金，用热扭转试验确定材料在高温时发生的动态回复和动态再结晶过程；(3)对多相合金，用热扭转研究不稳定组织的转变，或者模拟某种热加工成形方式研究其组织特点。二弯曲试验1弯曲试验方法弯

5、曲试验方法的应力状态介于拉伸和扭转试验方法之间，常用于测定脆性材料的力学性能。对于金属材料，特别是钢铁材料，结构钢常温下的力学性能由拉伸试验评定；结构材料的热变形性能由扭转试验评定；而工具钢常温下的力学性能由弯曲试验评定。通常用弯曲试件的最大挠度fmax表征材料的变形性能。试验时，在试件跨距的中心测定挠度，绘成P-fmax关系曲线，称为弯曲图。脆性材料抗弯强度σbb17式中Mb为试件断裂时的弯矩，W为截面抗弯系数Mb可根据弯曲图上的最大载荷Pb,按下式计算：对三点弯曲试件:Mb=PbL／4.对四点弯曲试件:Mb=PbK／2对于直径为d0的圆柱试件，W=πd03/32;宽为b,高为

6、h的矩形截面试件，W＝bh2／6。材料的弯曲变形大小用fmax表示，其值可用百分表或挠度计直接读出。弯曲试验的技术细节见GB14452-93。2弯曲试验的应用(1)用于测定灰铸铁的抗弯强度，灰铸铁的弯曲试件一般采用铸态毛坯圆柱试件。(2)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。硬质合金常用的规格是5×5×30mm，跨距为24mm。(3)陶瓷材料的抗弯强度测定。三压缩试验1单向压缩试验单向压缩时应力状态的柔度系数大，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。17由于压缩时的应力状态较软，故在拉伸、扭转

7、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。拉伸和压缩的区别(1)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。根据压缩曲线，可以求出压缩强度和塑性指标。对于低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度σbc，相对压缩eck和相对断面扩展率ψck。σbc=Pbc/A0(3-13)eck=(h0-hk)/h0×100％(3-14)ψck=(Ak-A0)/A0×100％(3-15)17第三节缺口试样静载力学性能广义的