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1、材料性能学材料性能学关于材料在其他静载下的力学性能第一页，本课件共有21页材料性能学材料性能学最最大大切切应应力力maxmax=（1 1-3 3）/2/2与与最最大大当当量量正正应应力力maxmax（maxmax=1 1-（2 2+3 3）之之比比称称为为应应力力状状态的柔度系数态的柔度系数(亦叫软性系数亦叫软性系数)，即，即=maxmax/max max=（1 1-3 3）/2/21 1-（2 2+3 3）值愈大，应力状态愈值愈大，应力状态愈“柔柔”，愈易变形而较不，愈易变形而较不易开裂，即愈易处于韧性状态。易开裂，即愈易处于韧性状态。值愈小，则相反，愈易倾向脆性断裂值愈小，则相反，愈易倾向
2、脆性断裂2.1 应力状态软性系数第二页，本课件共有21页材料性能学材料性能学对单向拉伸对单向拉伸 对扭转对扭转 对单向压缩对单向压缩 =（1 1-3 3）/2/21 1-（2 2+3 3）第三页，本课件共有21页材料性能学材料性能学2.2 2.2 扭转试验扭转试验一一 扭转及其性能指标扭转及其性能指标1 1 扭转的应力状态扭转的应力状态扭扭转转试试验验采采用用圆圆柱柱形形(实实心心或或空空心心)试试件件,在在扭扭转转试试验验机机上上进进行行。扭扭转转试试件件标标距距为为100mm100mm；有有时时也也采采用用标标距距为为50mm50mm的的短短试件。试件。第四页，本课件共有21页材料性能学材
3、料性能学材料的应力状态为纯剪切，切应力分布在纵向与横向两个垂直的截面上正应力1和3与纵轴呈45度，并在数值上等于切应力第五页，本课件共有21页材料性能学材料性能学扭转加载下的应力状态系数u在弹性变形阶段，横截面上的切应力与切应变沿半径在弹性变形阶段，横截面上的切应力与切应变沿半径方向呈线性分布（图方向呈线性分布（图b b）u在表面产生塑性变形后，切应变的分布仍呈线性分布，切在表面产生塑性变形后，切应变的分布仍呈线性分布，切应力则因塑性变形呈非线性变化（图应力则因塑性变形呈非线性变化（图c c）第六页，本课件共有21页材料性能学材料性能学2 2 扭转试验及测定的力学性能扭转试验及测定的力学性能
4、=tg=tg=dd0 0/2/2l l0 0100100 式中式中为圆杆表面任一平行于轴线的直线因为圆杆表面任一平行于轴线的直线因的作用而的作用而转动的角度转动的角度,为扭转角为扭转角;l l0 0为杆的长度。为杆的长度。切应变为切应变为MPMsM0.3Mb第七页，本课件共有21页材料性能学材料性能学抗扭强度切变模量抗扭强度切变模量 G=/=32MlG=/=32Ml0 0(d(d0 04 4)扭转比例极限扭转比例极限p p 和扭转屈服强度和扭转屈服强度ssp p=M=Mp p/W/W 和和s=Ms/W s=Ms/W 式中式中M Mp p为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。为扭转曲线开始偏离直线时的
5、扭矩。s s为发生屈服时的扭矩。为发生屈服时的扭矩。扭转屈服强度扭转屈服强度0.30.30.3 0.3=M=M0.3 0.3/W /W 式中式中M M0.30.3为残余扭转切应变为为残余扭转切应变为0.3%0.3%时的扭矩。时的扭矩。该值和条件屈服强度相当。该值和条件屈服强度相当。第八页，本课件共有21页材料性能学材料性能学抗扭强度抗扭强度 b b=M=Mb b/W/W 式中式中M Mb b为试件断裂前的最大扭矩。为试件断裂前的最大扭矩。3 3 扭转试验的特点及应用扭转试验的特点及应用(1)(1)扭扭转转时时应应力力状状态态的的柔柔度度系系数数较较大大，因因而而可可用用于于测测定定那那些些在在
6、拉拉伸伸时时表表现现为为脆脆性性的的材材料料，如如淬淬火火低低温温回回火火工具钢的塑性。工具钢的塑性。(2)(2)圆圆柱柱试试件件在在扭扭转转试试验验时时，整整个个长长度度上上的的塑塑性性变变形形始始终终是是均均匀匀的的，其其截截面面及及标标距距长长度度基基本本保保持持不不变变，不不会会出出现现静静拉拉伸伸时时试试件件上上发发生生的的颈颈缩缩现现象象。所所以以用用扭扭转转试试验验精精确确地地测测定定高高塑塑性性材材料料的的变变形形抗抗力力和和变变形形能能力力，而而这这在在单单向向拉拉伸伸或或压压缩缩试试验验时时是是难以做到的难以做到的第九页，本课件共有21页材料性能学材料性能学(3)(3)扭转
7、时试样中的最大正应力与最大切应力在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强度大于切断强度，所以扭转试验是材料的正断强度大于切断强度，所以扭转试验是测定材料切断强度最可靠的方法。测定材料切断强度最可靠的方法。(5)(5)扭扭转转试试验验时时，试试件件截截面面上上的的应应力力应应变变分分布布不不均均，表表面面最最大大，越越往往中中心心越越小小，它它将将对对金金属属表表面面缺缺陷陷显显示示很很大大的的敏敏感感性性因因此此，可可利利用用扭扭转转试试验验研研究究或或检检验验工工件件热热处处理理的的表表面面质质量
8、量和和各各种种表表面面强强化工艺的效果。化工艺的效果。(4)(4)扭扭转转试试验验可可以以明明确确地地区区分分材材料料的的断断裂裂方方式式，正断或切断。正断或切断。第十页，本课件共有21页材料性能学材料性能学第十一页，本课件共有21页材料性能学材料性能学2.32.3 弯曲试验弯曲试验1 1 弯曲试验方法及力学性能指标弯曲试验方法及力学性能指标试样规格试样规格 弯曲试验方法采用圆柱形或矩形试样。圆柱试弯曲试验方法采用圆柱形或矩形试样。圆柱试样直径样直径5-45mm5-45mm，矩形试样高度，矩形试样高度h h乘以跨度乘以跨度L L0 0为为5mmX7.5mm-30mmX40mm5mmX7.5mm
9、-30mmX40mm，跨距，跨距L L0 0为直径或高度为直径或高度h h的的1.61.6倍。倍。第十二页，本课件共有21页材料性能学材料性能学三点弯曲时，材料总是在最大弯矩附近断裂，实验方法三点弯曲时，材料总是在最大弯矩附近断裂，实验方法简单较常用。四点弯曲，通常是在具有组织缺陷的位置简单较常用。四点弯曲，通常是在具有组织缺陷的位置发生断裂，能较好反应材料性质，结果较精确。发生断裂，能较好反应材料性质，结果较精确。第十三页，本课件共有21页材料性能学材料性能学脆性材料抗弯强度脆性材料抗弯强度bbbbbbbb=M=Mb b/W/W材料的弯曲变形大小用材料的弯曲变形大小用f f表示，其值可用百分
10、表或挠表示，其值可用百分表或挠度计直接读出。度计直接读出。通常用弯曲试件的最大挠度通常用弯曲试件的最大挠度f fmaxmax表征表征材料的变形性能。试验时，将载荷材料的变形性能。试验时，将载荷P P和最大挠度和最大挠度fmaxfmax之间的关系绘制成弯曲力之间的关系绘制成弯曲力-挠度曲线。挠度曲线。第十四页，本课件共有21页材料性能学材料性能学式中式中M Mb b为试件断裂时的弯矩，为试件断裂时的弯矩，W W为截面抗弯系数。为截面抗弯系数。M Mb b可根据弯曲图上的最大载荷可根据弯曲图上的最大载荷P Pb b,按下式计算：按下式计算：对三点弯曲试件对三点弯曲试件:M Mb b=P=Pb bL
11、 L4 4.对四点弯曲试件对四点弯曲试件:M Mb b=P=Pb bK K2 2对对于于直直径径为为d d0 0的的圆圆柱柱试试件件，W=dW=d0 03 3/32/32;宽宽为为b,b,高为高为h h的矩形截面试件，的矩形截面试件，W Wbhbh2 26 6。第十五页，本课件共有21页材料性能学材料性能学2 2 弯曲试验的特点及应用弯曲试验的特点及应用弯曲试验特点：弯曲试验特点：（1）该试验试样形状简单、操作方便，常用于）该试验试样形状简单、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。脆性与低塑性材料的强度。（2）该试验
12、也是表面上应力大，可以反应材料）该试验也是表面上应力大，可以反应材料表面缺陷，用于比较和评定材料表面处理层的表面缺陷，用于比较和评定材料表面处理层的质量。质量。（3）对于高塑性材料，由于弯曲试验不能使试）对于高塑性材料，由于弯曲试验不能使试样发生断裂，因此难于测定其强度。尽量使用样发生断裂，因此难于测定其强度。尽量使用拉伸试验方法拉伸试验方法第十六页，本课件共有21页材料性能学材料性能学弯曲试验的应用弯曲试验的应用(1)(1)用用于于测测定定灰灰铸铸铁铁的的抗抗弯弯强强度度，灰灰铸铸铁铁的的弯弯曲曲试件一般采用铸态毛坯圆柱试件。试件一般采用铸态毛坯圆柱试件。(2)(2)用用于于测测定定硬硬质质
13、合合金金的的抗抗弯弯强强度度，硬硬质质合合金金由由于于硬硬度度高高，难难以以加加工工成成拉拉伸伸试试件件，故故常常做做弯弯曲曲试试验验以以评价其性能和质量。评价其性能和质量。硬质合金常用的规格是硬质合金常用的规格是5530mm5530mm，跨距为，跨距为24mm24mm。(3)(3)陶瓷材料的抗弯强度测定。陶瓷材料的抗弯强度测定。(4)(4)对对材材料料表表面面缺缺陷陷敏敏感感，用用于于检检验验材材料料表表面面热热处理层的质量。处理层的质量。第十七页，本课件共有21页材料性能学材料性能学2.42.4 压缩试验压缩试验1.1.压缩试验试验方法和力学性能指标压缩试验试验方法和力学性能指标试样规格试
14、样规格试试样样的的横横截截面面常常为为圆圆形形、正正方方形形或或棱棱柱柱体体，试试样样长长度度L L0 0或或高高度度h h0 0一一般般为为直直径径或或边边长长d d0 0的的2.52.5到到3.53.5倍。倍。第十八页，本课件共有21页材料性能学材料性能学压塑载荷-变形曲线1-塑性材料 2-脆性材料拉伸和压缩的区别拉伸和压缩的区别(1)(1)压压缩缩时时试试件件不不是是伸伸长长而而是是缩缩短短，横横截截面面不不是是缩缩小小而而是是胀大。胀大。(2)(2)塑塑性性材材料料压压缩缩时时只只发发生生压压缩缩变变形形而而不不断断裂裂，压压缩缩曲曲线一直上升。线一直上升。第十九页，本课件共有21页材
15、料性能学材料性能学根据压缩曲线，可以求出压缩强度和塑性指标。根据压缩曲线，可以求出压缩强度和塑性指标。对于低塑性和脆性材料，一般只测对于低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度抗压强度bcbc，相对压缩率相对压缩率e eckck和和相对断面扩展率相对断面扩展率ckck。bcbc=P Pbcbc/A A0 0 e ecfcf=(=(h h0 0-h-hf f)/)/h h0 0100100 cfcf=(=(A Af f-A A0 0)/)/A A0 0100100 P Pbcbc为试样压缩断裂时的载荷；为试样压缩断裂时的载荷；h h0 0和和h hf f为试样的原为试样的原始高度和断裂高度；始高度和断裂高度；A A0 0和和A Af f分别为试样的原始截分别为试样的原始截面积和断裂时的截面积面积和断裂时的截面积第二十页，本课件共有21页材料性能学材料性能学感谢大家观看第二十一页，本课件共有21页