第二章金属在其他静载下的力学性能(1状态系数))

1、第第 二章二章 金属在其他静载下的力学性能金属在其他静载下的力学性能 n研究金属材料在常温静载荷下的力学性能时，除采用单向静拉伸试验方法外，有时还选用压缩、弯曲、扭转、缺口试样静拉伸等试验方法。n选用这些试验方法的目的是：很多机件或工具在实际服役时常承受弯矩、扭矩或轴向压力的作用，或其上有螺纹、孔洞、台阶等引起应力集中的部位，有必要测定制造这类机件或工具的材料在相应承载条件下的力学性能指标，作为设计和选材的依据；不同的加载方式在试样中将产生不同的应力状态。金属材料在不同应力状态下所表现的力学行为不完全相同，因此，选用不同应力状态的试验方法，便于全面研究材料力学性能。n本章将首先介绍应力状态软性

2、系数的概念，然后介绍压缩、弯曲、扭转和缺口静拉伸等试验方法及其所测定的主要力学性能指标。n金属硬度试验方法在工业生产及科研中的应用极为广泛。常用的布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法属于静载压入试验。本章也将硬度试验作为一种静载荷试验方法，一并介绍。第一节第一节 应力状态软性系数应力状态软性系数n塑性变形和断裂是金属材料在静载荷下失效的主要形式。当金属所受的最大切应力达到屈服强度时，产生屈服；当最大切应力达到切断强度时，产生剪切型断裂；当最大正应力达到正断强度时，产生正断型断裂。 n同一种金属材料，在一定承载条件下产生何种失效形式，除与其自身的各种强度指标大小有关外，还与承载条件下的应力状态

3、有关。不同的应力状态，其最大正应力与最大切应力的相对大小是不一样的。因此，对金属的变形和断裂性质将产生不同的影响。 n任何复杂应力状态都可用三个主应力1、2和3，(123)来表示。n按“最大切应力理论”计算最大切应力，即 maxmax=(=(1 1-2 2) )2 2n按“相当最大正应力理论”计算最大正应力，即maxmax=1 1-(-(2 2+3 3) ) 为泊松比。nmax与max的比值表示它们的相对大小，称为应力状态软性系数，记为。n对于金属材料，取0.25，则值为 n表示使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，而塑性变形是由切应力产生的，所以，越大材料就越易塑

4、性变形，相对于较小的应力状态而言，就不易引起脆断。n把值较大的应力状态称做软的应力状态，值较小的应力状态称做硬的应力状态。n由表可见，单向静拉伸的应力状态较硬，故一般适用于那些塑性变形抗力与切断强度较低的所谓塑性材料试验。n对于那些正断强度较低的所谓脆性材料(如淬火并低温回火的高碳钢、灰铸铁及某些铸造合金)，在单向静拉伸的应力状态下试验，将产生脆性正断，显示不出它们在韧性状态下所表现的各种力学行为。此时，如在弯曲、扭转等应力状态较“软”的加载方式下试验，则可以揭示那些客观存在而在静拉伸下不能反映的塑性性能。n对于塑性较好的金属材料，则常采用三向不等拉伸的加载方法，使之在更“硬”的应力状态下显示

5、其脆性倾向。 力学状态图 力学状态图就是按照联合强度理论将各个因素综合在一个图中，从图中可定性地判断材料在某种应力状态下发生何种断裂。 力学状态图的应用n图中射线1表示三向不等压缩（如硬度试验的应力状态），射线2表示单向压缩，射线3表示扭转，射线4表示单向拉伸。n材料A的抗剪能力强而抗拉能力弱，材料C抗剪能力弱而抗拉能力强，材料B介于两者之间。三向不等压缩单向压缩扭转单向拉伸n把易于正断的材料叫做硬性材料，易于引起拉断的应力状态叫做硬性应力状态；n把易于剪断的材料叫做软性材料，易于引起剪断的应力状态叫做软性应力状态。n材料从A到C是由硬到软n应力状态从1到4是从软到硬。n对材料A压入试验可引起剪断，而单向压缩试验以不能引起材料的屈服而直接脆断了。对材料B单向压缩可引起剪断，而扭转试验就表现出由正应力引起的拉断(脆断）。n当当1 12 23 3时，时， =0=0，此直线就是横，此直线就是横座标轴，与正断抗力座标轴，与正断抗力S SOTOT相交，说明这种受相