1、材料性能学,第二章 金属在其他静载荷下的力学性能,解理裂纹扩展,格雷菲斯理论,格雷菲斯 奥罗万 欧文公式,理论断裂强度,主要内容,硬 度,扭 转,弯 曲,压 缩,应力状态软性系数,缺口试样静载荷试验,2.1 应力状态软性系数,最大切应力理论： max=(1-3 )/2相当最大正应力理论：max= 1-(2+3),正应力 脆性解理断裂切应力 塑性变形和韧性断裂,变形和断裂方式主要与承载条件下应力状态有关不同的应力状态，其max和max不一样,越大，切应力分量越大，应力状态越“软”，易塑变和断裂越小，正应力分量越大，应力状态越“硬”，易脆性断裂,应力状态软性系数,思考：（1）预考查脆性材料的塑性，
2、设计试验时，应力状态软性系数取大还是取小？,（2）预考查塑性材料的脆性，设计试验时，应力状态软性系数取大还是取小？,取 大,取 小,2.2 压缩,(1) =2(单向)，脆性材料，在韧性状态下的力学行为。(2) 塑性材料不用此法(3) 多向不等压缩2，适用于脆性更大的材料,一、压缩试验的特点,压缩,拉伸,脆性材料,塑性材料,二、压缩试验（GB/T 7314-2005）,试样：圆柱形或板状尺寸：长度=2.53.5直径或边长根据压缩曲线，获得压缩强度和塑性指标bc=Fbc/A0,2.3 弯曲,(1) 受拉的一侧应力状态基本与静拉伸时相同，不存在的试样偏斜对结果的影响。(2) 表面上应力最大，反映表面
3、缺陷。(3) 不能使塑性材料断裂，很少使用。,一、弯曲试验特点,二、弯曲试验（GB/T 14452-92）,试样：圆柱或方形试样，三点弯曲或四点弯曲加载，记录：载荷F（或弯矩M）和试样挠度f F-fmax 弯曲图,脆性或低塑性材料抗弯强度：试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲力弯曲弹性模量断裂挠度fbb断裂能量U,2.4 扭转,一、扭转试验的特点,图2-7 扭转试样的宏观断口(a)切断断口 (b)正断断口 (c)木纹状断口,二、扭转试验（GB/T 10128-1998）,试样：d0=10mm， L0=50或100mm扭转试验机扭转图,扭转性能指标,切应力和切应变=T/W T扭矩，W截面系数（d03/
4、16）切变模量扭转屈服点扭转强度,扭矩-扭角（T-）,2.5 缺口试样的静载荷试验,实际机件，截面存在突变，如键槽、螺纹等 “缺口” 应力状态变化 “缺口效应” 。,一、缺口效应,（1）缺口造成应力应变集中 应力集中系数，Kt,决定于缺口形状、角度、深度及根部曲率半径,（2）缺口改变了缺口前方的应力状态 单向两向或三向应力状态,只有两个方向上存在应力的状态平面应力状态,ys纵向伸长 横向缩短存在x ，z=0,平面应变状态,表面平面应力状态，内部三向应力状态,Z向收缩受约束，z内部，z越大，z=0z=（x+y）,（3）缺口使塑性材料得到“强化”,缺口附近：应力集中造成塑性变形区扩大试样的屈服应力
5、比单向拉伸时高“缺口强化”三向拉应力状态约束塑性变形，塑性降低，材料变脆,缺口敏感性：材料因存在缺口造成三向应力状态和应力应变集中而变脆的倾向。评价：缺口轴向拉伸、偏斜拉伸和缺口弯曲试验,二、缺口试样静拉伸试验,1. 轴向拉伸,缺口敏感度NSR（Notch Sensitivity Ratio）NSR越大缺口敏感性越小(1) 脆性材料，NSR远小于1，对缺口非常敏感(2) 高强度材料，NSR1，敏感(3) 塑性材料，NSR1，不敏感,缺口试样拉伸强度,光滑试样拉伸强度,2. 偏斜拉伸 倾斜角（0 、4 、8 ） (bN，4bN，8bN),高强度螺栓拉伸和弯曲复合，应力状态更硬,三、缺口试样静弯曲
6、试验,缺口试样静弯曲曲线(Ff曲线),：弹性功：塑性功：断裂功,2.6 硬度,1. 硬度的意义表征材料软硬程度的一种性能硬度试验方法：弹性回跳法，压入法，划痕法,一、意义及硬度实验的特点,金属弹性变形功,塑性变形及应变硬化能力,切断强度,2、硬度试验的特点2，可测定任何材料的硬度。硬度高，材料的耐磨性好。硬度和强度往往有一定的关系。 不需专门制作试样，不破坏零件，设备简单，测量迅速。,二、硬度试验,（1）布氏硬度HB,适用于退火状态下的钢、铸铁、有色金属或质地较软的轴承合金。,钢球：HBS 450HB硬质合金球：HBW 650HB,球面压痕单位面积上所承受的平均力,布氏硬度试验（GB/T 23
7、1.1-2002）,布氏硬度计,布氏硬度压痕,表示:,例: 120HBS10/1000/30 表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。,数字+HBW(或HBS)+数字/数字/数字,布氏硬度值,球体直径/载荷/载荷保持时间,压痕几何相似原理，压入角不变,布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及过硬的材料,材料的b与HB之间的经验关系：低碳钢: b(MPa)3.6HB高碳钢：b(MPa)3.4HB铸铁：b(MPa)1HB 或 b(MPa) 0.6(HB-40),（2）洛氏硬度试验（GB/T 230.1
8、-2004）,测量残余压入深度h表示硬度值,金刚石压头k取0.2淬火钢球k取0.26,定义：每0.002mm相当于洛氏1度,根据压头和载荷：常用B、C、A三种HRB淬火钢球，中等载荷，测轻金属，未淬火钢HRC金刚石圆锥，大载荷，测较硬，淬硬钢制品HRA金钢石圆锥，小载荷，测硬、薄试件,表示：数字（硬度值）+标尺 60HRC,洛氏硬度压痕,表面洛氏硬度试验,与普通洛氏硬度的不同点：预载荷为3kgf(29.42N)，总载荷比较小,分别为15kgf，30kgf和45kgf(441.3N)取k0.1mm时的洛氏硬度为零，深度每增大0.001mm,表面洛氏硬度降低一个单位。45HR30N：金刚石圆锥体，
9、载荷294N，测得的硬度为45；80HR30T：1.588mm钢球，载荷294N，测得的硬度为80,洛氏硬度测量,（3）维氏硬度（GB/T 4340.1-1999）,为136金刚石四棱锥体 四方锥形的压痕 测量压痕对角线长度取平均 硬薄层工件,表示：640HV30,（4）显微硬度HV原理及压头等与维氏硬度相同 载荷以g计算测量组织中某一相硬度,其它硬度测试方法,与显微硬度相比有两点不同：(1) 四棱锥金刚石压头对面角分别为17230和130， 棱形压痕，l/w为7.11(2) 硬度值是力除以压痕投影面积。,努氏硬度,肖氏硬度：根据重锤回跳的高度来表征硬度值的大小里氏硬度：用冲头（碳化钨球）的回弹速度表征金属的硬度值,常用硬度的比较,Thanks for attention!,
