材料力学第2章课件.ppt

前言 研究金属材料常温静载荷下的力学性能选用压缩、 弯曲、扭转试验方法。 目的：①测定机件或工具的材料在相应承载条件下的力学性 能指标作为设计选材依据； ②选用不同应力状态的试验方法便于研究材料相应力 学性能的变化。 由材料力学可知，任何复杂应力状态均可用三个 主力σ1、σ2和σ3（σ1σ2σ3）来表示。 根据这三个主应力， 由最大切应力理论计算最大切应力： τmax=(σ1－σ3)/2； 由相当最大正应力理论计算最大正应力： σmax＝σ1－ν（σ2＋σ3）。 单向静拉伸的应力状态较硬，一般适用于塑性变形抗 力与切断强度较低的所谓塑性材料试验。 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”的应力状态下显示其脆性倾 向。 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 应力公式计算的最大弯曲应力，称为抗弯强度。 3）其它力学性能指标 弯曲弹性模量、断裂挠度f bb、断裂能量U。 2、扭转试验的应用 1）高温扭转试验可用来研究 金属在热加工条件下的流变性 能与断裂性能，确定工艺参数； 2）可利用扭转试验研究或检 验工件热处理的表面质量和表 面强化工艺的效果； 3）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，有回旋状塑性变形痕迹； 正断：断面与试样轴线成45° 角且呈螺旋状。 3、规定非比例扭转应力τp? 试样标距部分表面的非比例切应变γP达到规定数值时，按弹性扭转公式计算的切应力，称为规定非比例扭转应力τp 4、抗扭强度τb 试样在扭断前承受的最大扭矩Tb，利用弹性扭转公式计 算的切应力为抗扭强度。 1、缺口试样在弹性状态下的应力分布 缺口引起的应力集中程度常用理论应力集中系数Kt 表示： Kt值与材料性质无关，只决定于缺口几何形状。 缺口效应Ⅰ 引起应力集中，并改变缺口前方的应力状态，使缺 口试样或机件所受应力由原来的单向应力状态变为 两向或三向应力状态。 对于脆性或低塑性材料，使其抗拉强度降低。 缺口效应Ⅱ 在存在缺口的条件下，由于出现三向应力状态，并产生应 力集中，试样的屈服应力比单向拉伸时高，产生了“缺口 强化”现象。 使塑性材料强度增高，塑性降低。 4、布氏硬度的表示方法 a.硬度值 b.符号HBW c.球直径 d.试验力 e.试验力保持时间，后三项用斜线隔开。 例如：350HBW5/750 600HBS1/30/20 试说明500HBW10/250/20的含义。 洛氏硬度试验的原理是对压头施以一试验力，压入试样表面，通过测量压痕的深度来表示材料的硬度值。h越大，硬度值越低。 k为常数，对于金刚石圆锥：k=0.2mm ；淬火钢球 k=0.26mm. 5、洛氏硬度表示方法 洛氏硬度表示方法：a.硬度值 b.符号HR c.标尺字母 例如：60HRC 表示用C标尺测得的洛氏硬度值为60. 表面洛氏硬度表示方法：a.硬度值 b.符号HR c.总试 验力 d.标尺 例如：70HR30N 表示用总试验力294.2N的30N标尺测得的表面洛氏 硬度为70. 4、维氏硬度表示方法 a.硬度值 b.符号HV c.试验力 d.试验力保持时间 例如：640HV30 表示在试验力为294.2N下保持10－15s测得的 维氏硬度值为640. 3、莫氏硬度 陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度称为莫氏硬度，它只表示硬度从小到大的顺序，不表示软硬的程度，后面的材料可以划破前面的材料表面。 4、里氏硬度 动载荷试验法，是用规定质量的碳化钨球冲头在弹力作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头的回弹速度表征金属的硬度值，用符号HL。 第二章 六、硬度与其它力学性能的关系 因硬度检验迅速、简便，人们一直在探讨如何通过所测定的硬度值来评定材料的其它力学性能指标，但至今没有从理论上确定材料的硬度与其它力学性能指标的内在联系，只是根据大量试验确定了硬度与某些力学性能指标间的经验关系。 试验证明： 式中，k为比例系数，不同的金属材料k值不同；同一类金属经不同热处理后，尽管强度和硬度发生变化，但其k值基本不变。通过冷变形提高硬度时，k值不再是常数。 第二章 硬度与疲劳极限之间的近似定量关系，至今仍未取得理想结果。但疲劳极限与抗拉强度间的经验式为： 式中，m为比例系数，对于不同的材料，不同的试验条件，其m值不同。通常m=0.