材料在其他靜載下的力學(xué)性能

關(guān)于材料在其他靜載下的力學(xué)性能第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四最大切應(yīng)力τmax=（σ1-σ3）/2與最大當(dāng)量正應(yīng)力бmax（бmax=σ1-ν（σ2+σ3））之比稱為應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)(亦叫軟性系數(shù))α，即α=τmax/бmax=（σ1-σ3）/2[σ1-ν（σ2+σ3）]

α值愈大，應(yīng)力狀態(tài)愈“柔”，愈易變形而較不易開裂，即愈易處于韌性狀態(tài)。α值愈小，則相反，愈易傾向脆性斷裂2.1應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四對單向拉伸

對扭轉(zhuǎn)

對單向壓縮α

=（σ1-σ3）/2[σ1-ν（σ2+σ3）]第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2.2扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)一扭轉(zhuǎn)及其性能指標(biāo)1扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)采用圓柱形(實(shí)心或空心)試件,在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。扭轉(zhuǎn)試件標(biāo)距為100mm；有時也采用標(biāo)距為50mm的短試件。第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四材料的應(yīng)力狀態(tài)為純剪切，切應(yīng)力分布在縱向與橫向兩個垂直的截面上正應(yīng)力б1和б3與縱軸呈45度，并在數(shù)值上等于切應(yīng)力第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四扭轉(zhuǎn)加載下的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)在彈性變形階段，橫截面上的切應(yīng)力與切應(yīng)變沿半徑方向呈線性分布（圖b）在表面產(chǎn)生塑性變形后，切應(yīng)變的分布仍呈線性分布，切應(yīng)力則因塑性變形呈非線性變化（圖c）第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)及測定的力學(xué)性能

γ=tgα=φd0/2l0×100％式中α為圓桿表面任一平行于軸線的直線因τ的作用而轉(zhuǎn)動的角度,φ為扭轉(zhuǎn)角;l0為桿的長度。切應(yīng)變?yōu)镸PMsM0.3Mb第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四抗扭強(qiáng)度切變模量

G=τ/γ=32Ml0／(πΦd04)扭轉(zhuǎn)比例極限τp和扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度τsτp=Mp/W和τs=Ms/W式中Mp為扭轉(zhuǎn)曲線開始偏離直線時的扭矩。Τs為發(fā)生屈服時的扭矩。扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度τ0.3τ0.3=M0.3/W式中M0.3為殘余扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)?.3%時的扭矩。該值和條件屈服強(qiáng)度相當(dāng)。第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四抗扭強(qiáng)度

τb=Mb/W

式中Mb為試件斷裂前的最大扭矩。3扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用(1)扭轉(zhuǎn)時應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)較大，因而可用于測定那些在拉伸時表現(xiàn)為脆性的材料，如淬火低溫回火工具鋼的塑性。(2)圓柱試件在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時，整個長度上的塑性變形始終是均勻的，其截面及標(biāo)距長度基本保持不變，不會出現(xiàn)靜拉伸時試件上發(fā)生的頸縮現(xiàn)象。所以用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)精確地測定高塑性材料的變形抗力和變形能力，而這在單向拉伸或壓縮試驗(yàn)時是難以做到的第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四(3)扭轉(zhuǎn)時試樣中的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等，而生產(chǎn)上所使用的大部分金屬材料的正斷強(qiáng)度大于切斷強(qiáng)度，所以扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測定材料切斷強(qiáng)度最可靠的方法。(5)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時，試件截面上的應(yīng)力應(yīng)變分布不均，表面最大，越往中心越小，它將對金屬表面缺陷顯示很大的敏感性．因此，可利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)研究或檢驗(yàn)工件熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化工藝的效果。(4)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可以明確地區(qū)分材料的斷裂方式，正斷或切斷。第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2.3彎曲試驗(yàn)1彎曲試驗(yàn)方法及力學(xué)性能指標(biāo)試樣規(guī)格彎曲試驗(yàn)方法采用圓柱形或矩形試樣。圓柱試樣直徑5-45mm，矩形試樣高度h乘以跨度L0為5mmX7.5mm-30mmX40mm，跨距L0為直徑或高度h的1.6倍。第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四三點(diǎn)彎曲時，材料總是在最大彎矩附近斷裂，實(shí)驗(yàn)方法簡單較常用。四點(diǎn)彎曲，通常是在具有組織缺陷的位置發(fā)生斷裂，能較好反應(yīng)材料性質(zhì)，結(jié)果較精確。第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四脆性材料抗彎強(qiáng)度σbbσbb=Mb/W材料的彎曲變形大小用f表示，其值可用百分表或撓度計直接讀出。通常用彎曲試件的最大撓度fmax表征材料的變形性能。試驗(yàn)時，將載荷P和最大撓度fmax之間的關(guān)系繪制成彎曲力-撓度曲線。第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四式中Mb為試件斷裂時的彎矩，W為截面抗彎系數(shù)。Mb可根據(jù)彎曲圖上的最大載荷Pb,按下式計算：對三點(diǎn)彎曲試件:Mb=PbL／4.對四點(diǎn)彎曲試件:Mb=PbK／2對于直徑為d0的圓柱試件，W=πd03/32;寬為b,高為h的矩形截面試件，W＝bh2／6。第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用

彎曲試驗(yàn)特點(diǎn)：（1）該試驗(yàn)試樣形狀簡單、操作方便，常用于測定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度。（2）該試驗(yàn)也是表面上應(yīng)力大，可以反應(yīng)材料表面缺陷，用于比較和評定材料表面處理層的質(zhì)量。（3）對于高塑性材料，由于彎曲試驗(yàn)不能使試樣發(fā)生斷裂，因此難于測定其強(qiáng)度。盡量使用拉伸試驗(yàn)方法第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四彎曲試驗(yàn)的應(yīng)用(1)用于測定灰鑄鐵的抗彎強(qiáng)度，灰鑄鐵的彎曲試件一般采用鑄態(tài)毛坯圓柱試件。(2)用于測定硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度，硬質(zhì)合金由于硬度高，難以加工成拉伸試件，故常做彎曲試驗(yàn)以評價其性能和質(zhì)量。硬質(zhì)合金常用的規(guī)格是5×5×30mm，跨距為24mm。(3)陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度測定。(4)對材料表面缺陷敏感，用于檢驗(yàn)材料表面熱處理層的質(zhì)量。第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四2.4壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)方法和力學(xué)性能指標(biāo)試樣規(guī)格試樣的橫截面常為圓形、正方形或棱柱體，試樣長度L0或高度h0一般為直徑或邊長d0的2.5到3.5倍。

第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四壓塑載荷-變形曲線1-塑性材料2-脆性材料拉伸和壓縮的區(qū)別(1)壓縮時試件不是伸長而是縮短，橫截面不是縮小而是脹大。(2)塑性材料壓縮時只發(fā)生壓縮變形而不斷裂，壓縮曲線一直上升。第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四根據(jù)壓縮曲線，可以求出壓縮強(qiáng)度和塑性指標(biāo)。對于低塑性和脆性材料，一般只測抗壓強(qiáng)度σbc，相對壓縮率eck和相對斷面擴(kuò)展率ψck。σbc=Pbc/A0

ecf=(h0-hf)/h0×100％ψ