1、金属扭转试验 一 扭转试验的特点 1 扭转时应力状态的柔度系数较大 因而可用于测定那些在拉伸时表现为脆性的材料 如 淬火低温回火工具钢的塑性 2 圆柱试件在扭转试验时 整个长度上的塑性变形始终是均匀的 试件截面及标距长度基本保持不变 不会出现静拉伸时试件上发生的颈缩现象 3 扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式 正断或切断 对于塑性材料 断口与试件的轴线垂直 断口平整并有回旋状塑性变形痕迹 4 扭转试验时 试件截面上的应力应变分布表明 该试验对金属表面缺陷显示很大的敏感性 因此 可利用扭转试验研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果 5 扭转试验时 试件受到较大的切应力 因而还被
2、广泛地应用于研究有关初始塑性变形的非同时性的问题 如弹性后效 弹性滞后以及内耗等 二 扭转试验的应用 扭转试验可用于测定塑性材料和脆性材料的剪切变形和断裂的全部力学性能指标 并且还有着其他力学性能试验方法所无法比拟的优点 因此 扭转试验在科研和生产检验中得到较广泛的应用 然而 扭转试验的特点和优点在某些情况下也会变为缺点 塑性材料断口与试件的轴线垂直 断口平整并有回旋状塑性变形痕迹 见图a 这是由切应力造成的切断 脆性材料断口约与试件轴线成45度成螺旋状 见图b 如果材料的轴向切断抗力比横向的低 扭转断裂时可能出现层状或木片状断口 见图C 可以根据断口特征 判断产生断裂的原因以及材料的抗扭强度
3、和抗拉 压 强度相对大小 在横截面上无正应力作用 只有切应力 弹性变形阶段 横截面上各点切应力与半径方向垂直 其大小与该点距中心的距离成正比 中心处切应力为零 表面处最大 如图b 塑性变形阶段 各点切应变仍与距中心的距离成正比 但切应力水平却因塑性变形而降低 如图c 三 扭转应力 四 扭转试验及测定的力学性能 1 扭转试样扭转试验采用圆柱形 实心或空心 试件 在扭转试验机上进行 在试验过程中 随着扭矩的增大 试件标距两端截面不断产生相对转动 使扭转角的增大 利用试验机的绘图装置绘出曲线 称为扭转图 扭转图与拉伸试验测定的真应力 真应变曲线相似 这是因为在扭转时试件的形状不变 其变形始终是均匀的
4、 即使进入塑性变形阶段 扭矩仍随变形的增大而增加 直至试件断裂 2 扭转图 五 扭转图的性能指标1 切变模量2 扭转比例极限3 扭转屈服强度4 抗扭强度 圆杆表面的切应力计算公式如下 切变模量 扭转屈服强度 抗扭强度 式中 M为扭矩 W为截面系数 金属压缩试验 一 按承受压缩载荷的方式分类 1 单向压缩试验2 双向压缩试验3 三向压缩试验 1 1压缩术语 试样原始标距 LO用引伸计测量试样变形的那一部分原始长度 压缩应力 pC试验过程中试样的实际压缩力与其原始横截面面积的比值 规定非比例压缩应力 试样标距段的非比例压缩变形达到规定的原始标距百分比时的应力 屈服点 SC试样在试验过程中 达到力不
5、再增加而仍继续变形时所对应的应力 抗压强度 bC试样压至破坏过程中的最大应力 单向压缩时应力状态的柔度系数 a 2 故用于测定脆性材料如铸铁 轴承合金等的力学性能 由于压缩时的应力状态较软 故在拉伸 扭转和弯曲试验时不能显示的力学行为 在压缩时有可能获得 压缩可以看做是反向拉伸 如 压缩时试件不是伸长而是缩短 横截面不是缩小而是胀大 此外 塑性材料压缩时只发生压缩变形而不断裂 压缩曲线一直上升 二 压缩试验的特点 二 压缩曲线 曲线2是脆性材料 曲线1是塑性材料 三 压缩试样 四 试验条件 1 压缩速度 在弹性 或接近弹性 范围 采用控制应力速率的方法 其速率控制在1 10N m 范围内 2
6、板状试样装进约束装置前 两侧面与夹板间应均匀涂一层润滑剂减少摩擦 3 板状试样铺薄膜或涂润滑剂之前 应用无腐蚀的溶剂清洗 装夹后 应把两端面用细纱布擦干净 4 安装试样时 试样纵轴中心线应与压头轴线重合 5 试验在室温 10 35 下进行 五 性能测定 用作图法确定实际压缩力FpC 六 压缩强度和塑性指标 抗压强度 相对压缩率 相对断面扩胀率 七 试验结果处理 试验出现下列情况之一者 试验结果无效 并应补做同样数量的试验 1 试样未达到所求性能时 发生屈曲者 2 试样未达到所求性能时 端部就局部压坏以及试样在凸耳部分或标距外断裂者 3 试验过程中操作不当者 4 试验过程中仪器设备发生故障者 5
7、 试验后 试样上显出冶金缺陷 如分层 汽泡 夹渣及缩孔等 应在试验记录及报告中注明 金属剪切试验 一 剪切试验的特点 作用在构件两侧面上的横向外力的合力大小相等 方向相反 作用线相隔很近 并使各自作用的构件部分沿着与合力作用线平行的受剪面发生错动 剪切试验方法 剪切试验方法有 1 单剪切试验2 双剪切试验3 冲空式剪切试验 1 单剪切试验 2 双剪切试验 1 例题 铸铁抗弯试样直径D 30mm 进行三点弯抗弯试验 跨距L 300mm 试样试验断裂载荷F 16KN 已知抗弯断面系数W d3 32 求抗弯强度 bb bb FbbLS 4W FbbLS 4 32 d3 8FbbLS d3 8 16000 300 3 14 303 452 9 Mpa 2 例题 一直径D 10 00mm的试样进行双剪试验 测得断裂时的载荷F 42KN 求抗剪强度 F 2S0 42000 2 3 14 10 10 4 42000N 157m 267 5Mpa
