工程材料力学性能第二章.ppt

章 金属在其它静载荷下的力学性能 ;目的： ???? 1．实际构件服役承受压缩、弯矩或扭矩作用，或有螺纹、孔洞、台阶等引起应力集中的部位; ??? ?2．不同的加载方式将产生不同的应力状态。;本章主要内容： ?? 1.应力状态软性系数的概念， ?? 2.压缩、弯曲、扭转和缺口试祥拉伸等特点、应用范围及力学性能指标。 ?? 3.金属的硬度试验方法: 布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 　 　;第一节 应力状态软性系数;一 应力状态软性系数α ? ? 由材料力学可知，任何复杂的应力状态都可以用切应力和正应力表示。 ?? 切应力促进塑性变形，对塑性韧性有利；拉应力促进断裂，不利于塑性和韧性。 任何复杂应力状态都可用三个主应力 σ1σ2σ3来表示。 应力状态的柔度系数(亦叫软性系数)α; ;三向不等拉伸：α ?= 0.1? 单拉： σ1=σ σ2=σ3 ?=0 α = 0.5 扭转 单向压缩：α = 2 ;α 值越大，切应力越大，应力状态越“软”，金属越易于塑性变形和韧性断裂。 α ?值越小，正应力越大，应力状态越“硬”，金属越不易塑性变形而脆性断裂。 塑性与材料的结构、成分和应力状态有关，改变应力状态——改变塑性。;应力状态软性系数α ?的目的： 1、对应力状态改变塑性的影响，从定性到定量。 2、通过改变应力状态——改变塑性，脆性材料 和 塑性材料。 3、影响断裂的内在因素是材料本性，如σs,σb 4、外在因素：应力状态，温度和加载速度 ;第二节 压缩;二 与拉伸不同点： 1.如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。 考察塑性材料对加工工艺的适应性。 3.单向压缩载荷，应力状态软性系数 α＝2。;在拉伸裁荷下脆性断裂的材料(例如灰铸铁)，在压缩试验时也会显示一定的塑性。;例如 灰铸铁： 拉伸正断，塑性变形量几乎为零。 压缩时沿与轴线呈450方向产生切断。 若对脆性材料施加多向不等压缩载荷，由于应力状态软性系数 α ＞2，更易产生塑性变形。 三 应用 1.对于脆性材料比较其塑性差异而采用压缩试验。 2.对于在接触表面处承受多向压缩应力的机件，如滚动轴承的套圈与滚动体，采用多向压缩试验，使试验条件更接近实际服役条件。;1 塑性材料 2 脆性材料??? ;压缩试验 用于脆性材料或低塑性材料塑性的度量，如铸铁、陶瓷等。 1 压缩试件为圆柱体、立方体和棱柱体。 2 为防止压缩时试件失稳，试件的高度和直径之比 A0／d0应取1.5-2.0。 为使试验结果能比较，试件的h0／d0值相等。 对于几何形状不同的试件，则h0／A0为定值。 3 压缩试验时,两端面光滑平整，相互平行 ，涂润滑油或石墨粉进行润滑。试件的端面加工成凹锥面。 ; 4 通过压缩试验可测定下列主要压缩性能指标。 ? (1)规定非比例压缩应力 试样标距段内的非比例压缩变形达到规定的原始标距百分 比时的应力，称为规定非比例压缩应力。 例如分别表示规定非比例压缩应变为0.01％、0.2％时的压缩应力。 (2)抗压强度 试样压至破坏过程中的最大应力称为抗压强度。 ( 3)压缩试验也可测定金属压缩杨氏模量。 对于在压缩时产生明显屈服现象可测定压缩屈服点。还可通过最大变形量比较材料的塑性性能。;第三节 弯曲;二.弯曲试验 弯曲试验时采用矩形或圆柱形试件。 试样在弹性范围内弯曲时，受拉侧表面的最大弯曲应力按下式计算： ? (2—4)????????????????????;弯曲试验主要性能指标： 非比例弯曲应力σpb 抗弯强度σbb 试样弯曲至断裂前达到最大弯曲力。;从弯曲力—挠度曲线上还可测出弯曲弹性模量Eb、断裂挠度fb及断裂能量U(曲线下所包围的面积)等性能指标。 典型材料的弯曲图 1 塑性材料 2中等塑性材料? 3 脆性材料;第四节 扭转 1 扭转时的应力 状态软性系数 　 取???????? ＝0.8 ?;2、扭转试验具有如下特点: ? 1） =0.8，比拉伸的 大，易于显示金属的塑性行为，特别是拉伸时呈现脆性的金属材料的塑性性能。 ? 2)塑性变形均匀，没有缩颈现象。能精确地反映出高塑性材料，直至断裂前的变形能力和强度。 ? 3)表面切应力最大，能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能。 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。;4)扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值上大体相等，而生产上所使用的大部分金属材料的正断抗力 大于切断抗力 ，扭转试验是测定这些材