2.第二章_金属在其他静载荷下的力学性能.ppt

第二章金属在其他静载荷下的力学性能 主要指 压缩 弯曲 扭转 硬度 和带缺口试样力学性能原因 零部件在使用过程中将承受不同类型的外应力 零件内部存在不同的应力状态 应力状态软性系数 材料的塑性或脆性并非绝对 为了表示外应力状态对材料塑性变形的影响 特引入应力状态软性系数 的概念 式中最大切应力 max按第三强度理论计算 即 max 1 2 1 3 1 3分别为最大和最小主应力 最大正应力Smax按第二强度理论计算 即 泊松系数 单向拉伸 1 2扭转 1 1 0 8单向压缩 1 2 2应力状态系数 表示材料塑性变形的难易程度 越大表示在该应力状态下切应力分量越大 材料就越易塑性变形 把 值较大的称做软的应力状态 值较小的称做硬的应力状态 一 材料压缩的特点应力状态系数 2 即应力状态软 材料易产生塑性变形 铸铁 拉伸时断口为正断 压缩时沿45o方向切断 表现出一定的塑性 塑性变形小的材料 或者使用工况为压缩状的材料 应采用压缩实验 第一节单向压缩 压缩曲线与拉伸曲线的形式相同 二 压缩实验 1 拉伸曲线 2 压缩曲线二者弹性模量不同 压缩性能指标 与单向拉伸时基本一致 1 规定非比例压缩应力 pc 2 抗压强度 bc 表征材料所能承受的最大压缩载荷 pc Fpc A0 bc Fbc A0 第二节弯曲 一 弯曲试验的特点弯曲试验常用于测定脆性材料的力学性能 1 两面应力方向不同 上表面为压应力 下表面为拉应力 2 表面应力最大 中心的为零 3 可灵敏反应材料表面缺陷 4 力点处的作用力最大 弯曲试验常用来作为承受弯曲载荷机件设计和选材依据 二 弯曲试验 通过三点弯曲获四点弯曲试验 记录弯曲力F和试样挠度f之间的关系 求出断裂时的抗弯强度和最大挠度 以表示材料的强度和塑性 挠度f 试样截面形心沿y方向的位移 韧性材料一般不作弯曲强度检测 加载曲线一般无屈服现象 M为最大弯矩 W为抗弯截面系数 弹性范围内 受拉侧表面最大弯曲应力 三点弯曲最大弯矩M FL 4四点弯曲最大M FL 2 直径为d的圆形试样 抗弯截面系数W d3 32对于宽度为b 高为h的矩形试样 抗弯截面系数W bh2 6 力学性能指标 1 规定非比例弯曲应力 pb 试样弯曲时 外侧表面的非比例弯曲应变达到规定值 pb 时 按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力 此时弯曲应变应转换成挠度 2 抗弯强度 bb 试样弯曲至断裂前 达到最大弯曲应力 按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力 pb OC 第三节扭转 一 扭转试验的特点 1 变形特点 1 能检测在拉伸时呈脆性的材料的塑性性能 2 长度方向 宏观上的塑性变形始终是均匀的 无颈缩现象 3 能敏感地反映材料表面的性能 4 断口的特征最明显 正断 切断 层状断口等 2 应力特点纵向受力均匀 横向表面最大 心部为0 最大正应力与最大切应力相等 弹性阶段 横截面切应力和切应变线性分布表层产生塑性变形后 切应变线性分布 且应力在塑性层下降 二 扭转试验扭转变形曲线 扭矩和扭角的关系弹性范围内表面切应力和切应变分别为 T WT 扭矩 T PLW 抗扭截面系数 扭角 W d3 16 获得的力学性能指标 1 切变模量 在弹性范围内 2 屈服点 s呈明显屈服现象的材料扭转时也呈现屈服现象 s Ts W 此时Ts可直接从曲线读取 3 规定非比例扭转应力 p 无明显屈服现象时 按弹性扭转公式计算的地表面切应力 p OC p 2L0 n d0 4 抗扭强度 b 按弹性扭转公式计算的 直至断裂时表面的最大切应力 b Tb W 此时扭转应变应转换成扭角 1 硬度表征材料软硬程度的一种性能 随试验方法的不同 物理意义不同 2 硬度的种类压入法 布氏硬度 洛氏 维氏 显微硬度 维氏 普氏表征材料的塑性变形抗力及应变硬化能力 应力状态软性系数最大 a 2 几乎所有的材料都能产生塑性变形 划痕法 莫氏硬度表征材料对切断的抗力 抗切削能力 回跳法 肖氏硬度表征金属弹性变形功的大小 同一类方式的硬度可以换算 不同类方式则只能采用同一材料进行标定 都列入表中 第四节硬度一 硬度及其意义 二 硬度试验 1 布氏硬度 1 原理用一定直径D的钢球或硬质合金球为压头 施以一定的试验力 将其压入试样表面 经规定保持时间后 卸除试验力 试样表面留下压痕 力除以压痕球形表面积 mm2 就是布氏硬度 d 压痕直径mm 不标出单位 2 种类布氏硬度试验用压头材料不同时 硬度用不同符号表示HBS淬火钢 450 直径D有10 5 2 5 2 1mm五种 F D2的比值有30 15 10 5 2 5 1 25和1七种 保持时间 黑色金属为10 15s 有色金属为30s 对于 35HBS的材料为60s 注意 1 不同厚度 相同材料时 应尽量保证F D2 常数 保证压痕相似 2 不同软硬材料 F D2值应不同 为保证压入角在一定范围内 28 74 3 布氏硬度的优缺点优点 微观组织不均匀影响较小 能较大范围的反映材料的平均性能 试验数据稳定 重复性好 应用广泛 缺点 属有损检测 不能直接在工件上测量 不能连续检测 为保证数据可靠 需根据材料的种类和试样的厚薄更换压头 d应控制在 0 24 0 6 D之间 1 原理以压头留下的压痕深度来表示材料的硬度值 压痕深度h越大 硬度值越低 规定 不同的压头 k值不同 金刚石k 0 2mm 钢球k 0 26mm 锥头又分成 120o的圆锥或四面锥 2 洛氏硬度 即规定0 002为一个洛氏硬度单位 初始实验力 98N 2 种类HRA HRB HRC最常用 改变压力和压头 可适用于不同的测试范围 以测量不同软硬或厚薄试样的硬度 3 洛氏硬度的优缺点优点 压痕小 属无损检测 可直接在工件上进行 硬度值可直接读出 缺点 压痕小 微观不均匀性影响大 重复性差 HRA HRB HRC硬度值彼此没有联系 不能直接进行比较 分类组合方式 3 维氏硬度 136o的金刚石四棱锥体压头与布氏硬度的计算方法相同 加载力除以压痕锥面面积mm2 通过测量对角线长度d mm 计算出HV 维氏硬度可分为宏观和显微观两种 宏观 F 49 03 980 7N六级大载荷测定较大工件和较深表面层的硬度 F 1 961 49 03N七级小载荷 用于测定较薄工件和工具和表面层或镀层的硬度 测定试样截