第02章金属在其他静载荷下的力学性能Li_30Pppt课件.ppt

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1、第二章金属在其他静载荷下的力学性能§2.1应力状态软性系数§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1本章内容：压缩、弯曲、扭转、硬度和带缺口试样力学性能。原因：零部件在服役中因为承受着不同类型的外应力；造成零件内部存在着不同的应力状态。§2.1应力状态软性系数材料的塑性或脆性并不是绝对的。为表示外应力状态对材料塑性变形的影响，特引入应力状态软性系数α的概念，以方便选择检测方法。例如：铸铁压缩时→呈现一定的韧性；拉伸时→表现出脆性21、应力状态软性系数αα的定义：最大切应力与最

2、大正应力之比式中最大切应力τmax按第三强度理论计算，即τmax=(σ1-σ3)/2σ1，σ3分别为最大和最小主应力。最大正应力σmax按第二强度理论计算，即,ν——泊松比。3单向拉伸α=1/2扭转α=1/（1+ν）≈0.8单向压缩α=1/（2ν）≈2应力状态系数α的技术意义——表示了材料塑性变形的难易程度α越大，表示该应力状态下切应力分量越大，材料就越易塑变。∴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

3、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。42、力学状态图力学状态图——（涉及第二强度理论和第三强度理论的应用）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σmax。自原点作出不同斜率的直线，这些直线可代表不同的应力状态软性系数α，其位置反映了应力状态对断裂的影响。5§2.2压缩2.2.1材料压缩的

4、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；压缩时则沿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其性能。62.2.2压缩实验σ～ε曲线与拉伸曲线的形式相同，(左)1－拉伸力与伸长曲线，(右)1－脆性材料2－压缩力与变形曲线；2－塑性材料压缩测试指标：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7为减小试样在压缩过程呈腰鼓状的趋势，

5、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。8§2.3弯曲2.3.1弯曲试验的特点常用于测定低塑性、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宽松。如铸铁、工具钢、表面渗碳钢,硬质合金、陶瓷等，常采用弯曲试验评定其力学性能。92.3.2弯曲试验（1）抗弯强度σbbM为最大弯矩，W为抗弯截面系数。还可测定弯曲弹性模量、断裂挠度fbb、断裂能量U（弯曲力~挠度曲线下所包围

6、的面积，See图2-5，P42）10三点弯曲(前页左图)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(前页右图)弯矩M=PL/2（2）断裂挠度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塑性。例如，灰铁的抗弯性能优于其抗拉性能（σbb280～650MPa，σb=150-350MPa）；而球铁和可锻铸铁的σbb比灰铁又大的多

7、（例如珠光体球铁σbb700～1200MPa，是灰铸铁的1.6～1.9倍）韧性材料一般不作弯曲强度检测。11§2.4扭转2.4.1扭转试验的特点1、特点（1）能检测拉伸时呈脆性的材料的塑性性能。（2）沿长度方向，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）分别对应(a）塑性材料（b）脆性材料（c）材料内部存在较多的非金属夹杂或偏析，并在轧制中沿轴向分布。应用：可根据断口宏观特征来

8、判断承受扭矩而断裂的机件的性能。122.应力状态（α值比拉伸时大，容易显示金属的塑性行为）纵向受力均匀；横向表面最大，心部为0；最大正应力与最大切应力比值近于1。如下图：a）T-扭矩，φ-相对扭角、(与试样轴线呈45°的斜截面上)σ1-最大正应力、σ3-最小正应力；(与试样轴线平行和垂直的截面上)τ-最大切应力；b）弹变，应力vs应变是线性的；C）表层产生塑性变形后，切应变的分布仍保