金属在其它静载荷下的力学性能.ppt

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1、金属的力学行为材料科学与工程学院重庆理工大学ChongQingInstitueofTechnologyMechanicalBehaviourofMetal典型静载实验压缩实验弯曲实验扭转静拉伸硬度试验应力状态τmax=（σ1-σ3）Smax=σ1-ν（σ2+σ3）α=τmax/Smaxα值愈大，应力状态愈“柔”，愈易变形而较不易开裂，易处于韧性状态α值愈小，易倾向脆性断裂应力状态软性系数α单向拉伸扭转单向压缩静载试验——扭转弹性变形：各点的切应变、应力与该点距中心的距离成正比塑性变形：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扭转——试样规格

2、表面应力状态：切线和平行于轴线的方向上切应力最大；与轴线成45°的方向上σ最大，σ=τ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；有时也采用标距为50mm的短试件扭转——扭转图扭转特点DBCA应力状态柔度系数较大——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塑性变形始终均匀——不会出现静拉伸颈缩现象精确地测定(单向拉伸或压缩试验时难以做到的)高塑性材料的变形抗力和能力扭转试验明确区分断裂方式：正断或切断对金属表面缺陷敏感,可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。E用热扭转试验确定材料在热加工(轧制、锻

3、造、挤压)时的最佳温度研究、评定单相合金材料在高温时发生的动态回复和动态再结晶过程研究多相合金不稳定组织的转变，或模拟某种热加工成形方式研究其组织特点扭转-应用弯曲实验应力状态介于拉伸和扭转试验方法之间测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等)的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度。特点应用钢铁试验方法选择：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；工具钢常温下的力学性能由弯曲试验评定。试样规格：圆形；矩形跨距：一般为直径的10倍。脆性材料——弯曲试验测弯曲断裂强度；塑性材料——检验其延展性和均匀性展性和均匀性——冷弯试验。试验时将试

4、样加载，使其弯曲到一定程度，观察试样表面有无裂缝。PLM=PL4P2P2LkkPK2M=三点弯曲四点弯曲塑性材料中等塑性材料脆性材料最大挠度fmax表征材料的变形性能脆性材料抗弯强度σbb标准GB14452-93σbb=Mb/W三点弯曲试件:Mb=PbL／4四点弯曲试件:Mb=PbK／2d0的圆柱试件，W=πd03/32;宽b,高h的矩形截面试件，W＝bh2／6一些材料的抗张、挠曲及压缩强度材料拉伸强度/MPa压缩强度/MPa挠曲强度/MPa聚酯-50%玻璃纤维160225315聚酯-50%玻纤织物260190320Al2O3(99%)2102625350SiC(无

5、压烧结)1753920560①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,规格：5×5×30mm，跨距为24mm)③陶瓷材料的抗弯强度测定弯曲-应用高塑性材料：弯曲试验难以测得塑性材料的强度，实验结果的分析复杂。塑性材料的力学性能由拉伸试验测定，不采用弯曲试验。压缩用于测定脆性材料（铸铁、轴承合金、水泥和砖石等）的力学性能压缩时的应力状态较软，可能获得拉伸、扭转和弯曲试验时不能显示的力学行为拉伸和压缩的区别塑性材料压缩时只发生压缩变形而不断裂，压缩曲

6、线一直上升低碳钢铸铁铸铁试样破裂后呈鼓形，破裂面与轴线大约成45o，由切应力造成压缩强度σbcσbc=Pbc/A0塑性指标相对压缩eck相对断面扩展率φckeck=(h0-hk)/h0×100％φck=(Ak-A0)/A0×100％低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度，相对压缩率，相对断面扩展率缺口力学性能切口机械零、构件的外形具有几何不连续性——缺口或者切口切口危害①引起应力和应变集中②引起应力和应变的多向性,对材料的塑性变形和断裂过程产生很大的影响效应①缺口处存在应力集中效应②应力状态变为两向或者三向拉伸较厚，Z方向变形受到约束，z＝0，z0z＝v(x

7、+y)，平面应变状态。y>z>x,三向拉伸应力状态，构件脆性最大，在缺口部位造成硬化形成断裂缺口强化是材料的三向应力状态约束材料的塑性变形，并非提高材料的屈服强度，非强化材料的手段缺口强化效应③ryσs2σsSII=σy–σx=σsσyσx缺口存在导致材料的强度因为塑性变形受到约束而有一定增加——缺口强化塑性材料缺口试样弹性变形——断裂，不能通过缺口前方的塑性变形调整应力分布。缺口材料的强度比光滑试样低脆性材料缺口试样与光滑试样的强度比较缺口敏感性定义材料因为缺口存在造成的三向应力状态和应力集中而变脆的倾向缺口拉伸试验、缺口弯曲试验。压缩和扭转试验的意义