材料性能學(xué)材料在其他靜載下力學(xué)性能

1、材料性能學(xué)材料在其他靜載下力學(xué)性能材料力學(xué)：任何復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)都可用3個(gè)主應(yīng)力 1、 2、 3（ 1 2 3）來(lái)表示。最大切應(yīng)力理論：最大正應(yīng)力理論：應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) 越大，表示切應(yīng)力分量越大，應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料越容易產(chǎn)生塑性變形；（1）三向等拉伸時(shí)， 1=2=3， =0應(yīng)力狀態(tài)最硬，脆斷（表現(xiàn)脆性）；（2）單向拉伸， 1，2=3=0，應(yīng)力狀態(tài)較硬， =0.5,適用于塑性材料的試驗(yàn)。（3）扭轉(zhuǎn)， 1=，2=0，3=-， =0.8（4）單向壓縮，1= 2=0，3=-， =2，應(yīng)力狀態(tài)較軟，適用于脆性材料的試驗(yàn)，以揭示其塑性性能；（5）三向不等壓縮： 1= =-，2=-2 ， 3=-2 ，材料的硬

2、度試驗(yàn)屬于三向不等壓縮，應(yīng)力狀態(tài)非常軟，適合各種材料。第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能一、扭轉(zhuǎn)及其性能指標(biāo)在與軸線呈45方向上承受最大正應(yīng)力，與試樣軸線平行或垂直方向上承受最大切應(yīng)力。彈性變形階段，切應(yīng)力、切應(yīng)變沿半徑方向呈線性分布。當(dāng)表層產(chǎn)生塑性變形后，切應(yīng)變的分布仍保持線性關(guān)系，切應(yīng)力則呈非線性變化。扭轉(zhuǎn)圖：扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)過(guò)程中，扭矩M與扭轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線扭轉(zhuǎn)圖。扭矩：使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力。1 應(yīng)力：切應(yīng)力：=M/W M扭矩 W抗扭截面模量（試樣截面系數(shù)）規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：p= Mp/ W 表示材料對(duì)扭轉(zhuǎn)塑性變形的抗力（扭轉(zhuǎn)曲線上對(duì)M軸的正切值較直線部分正切值大50%時(shí)，該點(diǎn)的扭矩Mp）扭轉(zhuǎn)

3、屈服強(qiáng)度：s = Ms/ WMs殘余扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)?.3%時(shí)的扭矩。（相當(dāng)于拉伸殘余應(yīng)變0.2%） 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限：b = Mb/ WMb扭斷前的最大扭矩故用b = Mb/ W計(jì)算的b（按彈性理論） 與真實(shí)情況有偏差，故稱條件強(qiáng)度極限（脆性材料相符）Mf為試樣斷裂時(shí)的最大扭矩（Nm）為試樣斷裂時(shí)單位長(zhǎng)度上的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，為M- 扭轉(zhuǎn)曲線上f點(diǎn)處的切線相對(duì)于軸夾角的正切值（Nm/rad）是在完全理想塑性條件下，第二項(xiàng)則代表存在彈性變形和形變強(qiáng)化時(shí)的修正 扭轉(zhuǎn)相對(duì)殘余切應(yīng)變 ：a、對(duì)于塑性材料，塑性變形很大，彈性切應(yīng)變可以忽略不計(jì)，因此求出總切變可看作殘余切應(yīng)變。b、脆性材料，低塑性材料，由于塑性變形

4、很小，彈性變形不能忽略，殘余切應(yīng)變：扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用 扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=0.8，較高，可用來(lái)測(cè)定那些在拉伸時(shí)呈現(xiàn)脆性的材料（f/c=0.50.8）的強(qiáng)度和塑性。 截面應(yīng)力分布表面最大，心部最低，因此扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)對(duì)材料表面強(qiáng)化和表面缺陷的反映十分敏感，適用于表面強(qiáng)化材料的性能檢驗(yàn)。二、彎曲及其性能指標(biāo)2、彎曲圖：載荷F（或彎矩M）與試樣最大撓度f(wàn)max之間的關(guān)系曲線。對(duì)于直徑為d0的圓截面試樣：對(duì)于寬為b，高為h的矩形截面試樣：W為試樣抗彎截面系數(shù)對(duì)于脆性材料，抗彎強(qiáng)度bb：Mb為試樣斷裂時(shí)的彎矩（Nm）材料的塑性可用最大彎曲撓度f(wàn)max表示， fmax值可由百分表或撓度計(jì)直接讀出。彎曲加

5、載時(shí)受拉-側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)與靜拉伸基本相同，且不存在拉伸時(shí)試樣偏斜對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，故彎曲試驗(yàn)常用于測(cè)量硬度很高，難以加工成拉伸試樣的脆性材料的斷裂強(qiáng)度，并能顯示出塑性差別。彎曲試驗(yàn)時(shí)，截面上的應(yīng)力分布也是應(yīng)力最大，可靈敏地反映出材料的表面缺陷，因此常用來(lái)比較、評(píng)定材料表面處理層的質(zhì)量。三、壓縮及其性能指標(biāo)1、壓縮試驗(yàn)測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力抗壓強(qiáng)度相對(duì)壓縮率相對(duì)斷面擴(kuò)展率脆性材料的抗壓強(qiáng)度及壓縮塑性指標(biāo)如下：隨著塑性變形逐步向內(nèi)遷移，各應(yīng)力峰不但越來(lái)越高，應(yīng)力峰的位置也逐步移向中心。因此，在有缺口存在的條件下，由于出現(xiàn)三向應(yīng)力，使試樣的屈服應(yīng)力高于單向拉伸時(shí)的屈服應(yīng)力（塑性變形受到約

6、束），即缺口使塑性材料得到“強(qiáng)化”缺口的第三效應(yīng)。 注意： 應(yīng)用：缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)廣泛用于高強(qiáng)度材料的缺口敏感性，鋼和鈦的氫脆，高溫合金的缺口敏感性等。材料2，在曲線下降部分?jǐn)嗔?，殘余撓度f(wàn)2較大，表明材料2缺口敏感性低。材料3，試樣彎曲但不發(fā)生斷裂，取相當(dāng)于1/4Fmax處的殘余撓度f(wàn)3作為其撓度值， f3很大，表明材料對(duì)缺口不敏感。 qe2、分類它與材料的強(qiáng)度、塑性有關(guān)（綜合指標(biāo)）。(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計(jì) 壓痕相似原理要保持在不同的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得同一材料的布氏硬度值相同必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：一是使形成的壓入角為常數(shù)，即要獲得幾何形狀相似的

7、壓痕二是保證F/D2為常數(shù)h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì) 原理：一定載荷下，以壓頭在材料表面產(chǎn)生壓痕的深度表示材料的硬度。 壓頭：a、圓錐角=120的金剛石壓頭，HRA、HRB、HRC。b、直徑1.588mm、3.175mm的淬火鋼球當(dāng)載荷單位為kgf，壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度單位為mm時(shí)：當(dāng)載荷的單位為N時(shí)： 特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1）由于維氏硬度測(cè)試采用了四方角錐體壓頭，在各種載荷作用下所測(cè)得的壓痕幾何相似，因此載荷大小可以任意選擇，所得硬度值均相同，不受布氏硬度那種載荷和壓頭的規(guī)定條件的約束。（2）維氏硬度法測(cè)量范圍較寬，軟硬材料都可測(cè)試，而又不存在洛氏硬度法那種不同標(biāo)尺的硬度無(wú)法統(tǒng)一的問(wèn)題，并且比洛氏硬度法能更好的測(cè)定薄件或薄層的硬度，因而常用來(lái)測(cè)定表面硬化層以及儀表零件等的硬度。（3）由于維氏硬度的壓痕為一輪廓清晰的正方形，其對(duì)角線易于精確測(cè)量，故精度較布氏硬度高。（4）維氏硬度試驗(yàn)的另一特點(diǎn)是當(dāng)