第二章：金属在其它静载荷下的力学性能

第二章 金属在其它静载 荷下的力学性能第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 应力状态软性系数 压缩 弯曲 扭转 缺口试样静载荷试验 硬 度

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第一节 应力状态软性系数由材料力学可知，任何复杂应力状态均可用三个主应力σ1、σ2

和σ3(σ1>σ2>σ3)来表示。根据这三个主应力，由最大切应力理论可得：τmax=(σ1-σ3)/2;由相当最大正应力理论：σmax= σ1-υ(σ2+σ3)。

应力状态软性系数：

max 1 3 max 2 1 2 ( 2 3 )对于金属材料：υ取0.25 α↑→τmax↑→应力状态越软，金属越易产生塑性变形和韧性断裂。

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应力状态软性系数

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第二节

压缩

一、压缩试验 对于脆性材料为了反映其在塑性状态下的力学行为，以比较 其微小的塑性差异，以及在接触表面受多向压缩应力的机件，常 采用压缩试验。 金属的单向压缩试验按GB7314-87《金属压缩试验方法》进行。 主要性能指标： Fpc 1、规定非比例压缩应力σpc pc 2、抗压强度σbc

bc

A0 Fbc A0

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压缩试验

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第三节 弯曲1、弯曲试验的特点 金属杆状试样承受弯矩作用后，其内部应力主要为正应力。但杆 截面上的应力分布不均匀，表面最大，中心为零，且应力方向发 生变化。 1) 弯曲试验的试样形状简单，操作方便。常用于测定铸铁、铸造 合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性 的差别。 2) 弯曲试验时可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。 3) 弯曲试验时，试样的表面应力最大，可较灵敏地反映材料的表 面缺陷。常用来比较和鉴定渗碳层和表面淬火层等表面热处理机 件的质量和性能。

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弯曲试验

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2、弯曲试验原理试样在弹性范围内弯曲时，受拉侧表面的最大弯曲应力：

M-最大弯矩： 三点弯曲 四点弯曲 W-试样的抗弯截面系数： 圆形试样 矩形试样

M W

M=FLS/4 M=Fl/2

W

d 312

b h2 W 6

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3、弯曲试验力学性能指标金属抗弯试验方法按GB/T14452-93《金属弯曲力学性能试验方 法》进行。 1)规定非比例弯曲应力σpb 试样弯曲时，外侧表面上的非比例弯曲应变εpb达到规定值时， 按 弹 性 弯 曲 应 力 公 式 计 算 的 最 大 弯 曲 应 力。 例 如 ： σpb0.01 或 σpb0.2。 nL2 s 三点弯曲： OC pb12Y

四点弯曲：

n(3L2 4l 2 ) s OC pb 24Y

n-挠度放大系数 Y -圆形试样的半径或矩形试样的半高 2)抗弯强度σbb 根据试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲力，按弹性弯曲公式计算 的最大弯曲应力，称为抗弯强度。

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弯曲力-挠度 曲线

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4.弯曲试验的应用

1.用于测定灰铸铁的抗弯强度 2.用于测定硬质合金的抗弯强度 3.用于陶

瓷材料的抗弯强度测定

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第四节 扭转金属扭转试验按GB10128-88《金属扭转试验方法》进行。 1、扭转试验的特点 1) 扭转时α=0.8,比拉伸大，易于显示金属的塑性行为。 2) 圆形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有缩颈现 象。所以能反映高塑性材料直至断裂前的变形能力和强度。 3) 能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能。 4) 扭转试验是测定大部分材料切断抗力最可靠的方法。 5) 根据扭转试验的宏观断口特征，可明确鉴别金属材料的最终断 裂是正断还是切断。(切断：断口平整且与试样轴线垂直；正断： 断面与试样轴线成45°角且呈螺旋状) 2、扭转试验的应用 无论脆性或低塑性材料，通过扭转试验都能真实反映其力学性能。

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扭转试验

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3、扭转试验的力学性能指标1 2 3 4

1、切变模量G 2、屈服点τs 3、规定非比例扭转应力τp 4、抗扭强度τb

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第五节 缺口试样静载荷试验一、缺口效应1、缺口试样在弹性状态下的应力分布 缺口理论应力集中系数：kt

max

max 缺口净截面上的最大应 力 平均应力

缺口效应1:引起应力集中，并改变缺口前方的应力状态。对于脆性 或低塑性材料，使其抗拉强度降低。

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缺口试样在弹性状态下的应力分析