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第二章 金属在其他静载下的力学性能(2压弯扭剪)..

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金属在其它静载荷下的力学性能

金属在其它静载荷下的力学性能

§2- 3 弯 曲
§2.3弯曲的力学性能
1、弯曲试验测定的力学性能指标： (1)弯曲试验：
圆柱试样或方形试祥； 万能试验机；
加载方式一般有两种： 三点弯曲加载和四点弯曲加载。 (2)载荷F与试样最大挠度fmax—弯曲图。
15
§2.3弯曲的力学性能
(3)性能指标： 试样弯曲时，受拉一侧表面的最大正应力： σmax=Mmax /W 抗弯强度(脆性材料)σbb： σbb= Mb /W 最大弯曲挠度、弯曲弹性模数、规定非比例弯曲应力、断裂挠度 等。
此直接地比较材料自身抗拉、抗剪能力的 强弱。
§2.5 缺口试样静载力学性能
缺口包括轴间、螺纹、油孔、退刀槽、焊缝、不均 匀组织、夹杂物、第二相、晶界、亚晶界、以 及裂纹等引起形状改变的部位。
以厚薄来分，包括薄板缺口和厚板缺口。
25
§2.5 缺口试样静载力学性能
一、缺口处的应力分布特点及缺口效应 二、缺口试样的静拉伸及静弯曲性能 三、材料缺口敏感度及其影响因素
G
32TL0
d04
扭转
扭转试验主要性能指标——塑性阶段
扭转屈服极限
s
Ts W
塑性变形时应力、应变分布
抗扭强度
b
Tb W
扭转
扭转试验的特点 ✓ α=0.8，易于显示金属的塑性行为； ✓ 截面上应力分布不均匀，表面最大，愈往
心部愈小； ✓ 塑性变形均匀，没有颈缩现象； ✓ 根据断口的宏观特征，区分断裂方式，由
26
一、缺口处的应力分布特点及缺口效应
1．弹性状态下的应力分布 (1)薄板缺口： ①薄板所受拉应力σ低于弹性极限，
缺口轴向应力σy在缺口根部最大， 即在根部产生应力集中； 根部应力σy达到的屈服强度σs时， 便引起缺口根部附近区域的塑性交形。 即缺口造成应力应变集中，

第二章 材料在其它静载下的力学性能

第二章 材料在其它静载下的力学性能
材料科学与工程学院
29
对脆性材料，qe永远小于1，表明缺口处尚未 发生明显塑性变形就已发生脆性断裂。高强度材 料的qe一般小于1，缺口不太尖锐的塑性材料， 拉伸时可能产生塑性变形，此时qe总会大于1。 总的来讲，无论是塑性材料还是脆性材料，其比 值qｅ越大，缺口敏感性 越小。材料缺口敏感性 除与材料本身性能、应力状态(加载方式)有关外， 还与缺口形状、尺寸、试验温度有关。
材料科学与工程学院
23
二、缺口试样的静拉伸及静弯曲性能 1.缺口试样的静拉伸和偏斜拉伸
材料科学与工程学院
24
材料科学与工程学院
25
材料科学与工程学院
26
2．缺口试样静弯曲
材料科学与工程学院
27
为某材料的缺口 弯曲曲线，它反映了 缺口试样， 变形和断
裂的整个过程。若将该 负荷-变形曲线所包围的 面积分为三部分：弹性 变形区I、塑性变形区 Ⅱ和断裂区Ⅲ，则各区 所占面积分别为弹性功、 塑性功和断裂功。
0.2mm时,HRC＝0；t＝0,HRC＝100，压痕深度每增
0.002mm, HRC降低1个单位。于是有
•
HRC＝(0.2-t)／0.002＝（100-t）／0.002
图4-3 洛氏硬度试验过程的示意图
洛氏硬度的优缺点及其应用
优点：
①因为硬度值可从硬度机的表盘上直接读出，故测
定洛氏硬度更为简便迅速,工效高；
常用的压缩试件为圆柱体。试件的高度和直径之比h0／
d0应取1.5-2.0。
第三节 缺口试样静载力学性能
材料科学与工程学院
19
一、缺口处的应力分布特点及缺口效应 1．弹性状态下的应力分布
材料科学与工程学院
20

第二章 金属在其他静载荷下的力学性能

第二章 金属在其他静载荷下的力学性能
中国石油大学 China University of Petroleum 材料性能学 Property of Materials
§2.4 扭转
一、扭转试验的特点
中国石油大学 China University of Petroleum
材料性能学 Property of Materials
图2-7 扭转试样的宏观断口 (a)切断断口 (b)正断断口
Kt
max
决定于缺口形状、角度、深度及 根部曲率半径
中国石油大学 China University of Petroleum 材料性能学 Property of Materials
（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
σy＜σs
1
( i d
2
k y ) k y 2G S q
主要内容
应力状态软性系数 压 缩 弯 曲 扭 转 缺口试样静载荷试验 硬 度
中国石油大学 China University of Petroleum 材料性能学 Property of Materials
§2.1 应力状态软性系数
正应力 切应力 脆性解理断裂 塑性变形和韧性断裂

思考：
（1）预考查脆性材料的塑性，设计试验时，应力状
态软性系数α取大还是取小？
取 大
（2）预考查塑性材料的脆性，设计试验时，应力状态 软性系数α取大还是取小？
取 小
中国石油大学 China University of Petroleum 材料性能学 Property of Materials
§2.2 压缩
2. 偏斜拉伸

金属在其他静载荷下的力学性能 应力状态软性系数、压缩、弯曲、扭转

金属在其他静载荷下的力学性能 应力状态软性系数、压缩、弯曲、扭转
一般脆性材料的抗拉强度都低于抗压强 度，因此，脆性材料在承受弯曲载荷时， 断裂的特征是？
弯曲试验的特点
弯曲试样形状简单、弯曲试验操作方便 （如可以避免偏心拉伸），适用于硬质脆 性材料（铸铁、铸造合金、工具钢和硬质 合金等）； 弯曲试样表面应力最大，可以比较灵敏地 反映材料表面缺陷； 弯曲强度（ bb ）随材料和热处理温度而变 化（图2-3）。
二 弯曲试验
两种常见的弯曲试验： 三点弯曲 three point bending 四点弯曲 four point bending（均匀弯矩弯曲）
两种常见的弯曲试验
三 弯曲试验中测量的力学指标
两种弯曲试样： 圆形：d 5 45mm ，长度为直径的16倍； 矩形：hb 5mm7.5mm 30mm 40mm(30mm30mm)
（2）对于拉-压弹性模量E和屈服强度相同的 材料，应力和应变分布才表现出上述的对 称性。
特殊性能：弹性模量（不同于拉伸和压 缩）；
屈服现象不同于单纯拉伸或压缩；下图为 拉伸和压缩弹性模量不同的材料的应变分 布图（上下不对称）
铸铁的抗拉强度和抗压强度不同； 思考：铸铁梁在弯曲的过程中，什么位置首 先破坏（上表面还是下表面）？
还可以根据扭转试样的断口特征明确区分金属材 料最终的断裂方式（正断、切断）
二 扭转试验
试样：圆柱形试样 d0 10mm，标距长度分别 为 50mm 和 100mm
扭转弯曲应力的计算：Eq.(2-4) 扭转试验所测量的主要力学指标： 切变模量 扭转屈服点 抗扭强度
第二章 材料在其它 静载荷下的力学性能
第一节 应力状态软性系数
应力状态软性系数:
max
1 3
（2-1）
max 21 0.5( 2 3 )

第二章金属在其他静载荷作用下的力学性能

第二章金属在其他静载荷作用下的力学性能

第二章 金属在其他静载荷作用下的力学性能 （Chapter 2 Mechanical properties of Metals underother static loads ）概述（Brief Introduction ）在工业生产中，实际应用的材料及其零件除受到单向拉伸载荷外，还会受到诸如压缩(如各种支撑柱)、弯曲（如桥梁）、扭转（如各种轴类零件）、挤压、轧制及冲裁等，而在不同的载荷作用下，金属材料所表现出来的性能是有很大的区别，因此必须进行研究以解决材料或零件在服役过程中所碰到的问题。

2-1 应力状态软性系数（soft coefficient of stress ）塑性变形和断裂（韧性或脆性）是金属材料在静载荷作用下失效的主要形式。

同一种材料，由于受载荷方式不同（即所受到的应力状态不同），其破坏方式断裂方式也不同。

当 s ττ≥max ，发生塑性变形（即临界切应力） 当 k ττ≥max ，发生塑性变形并切断 当 k σσ≥max ，产生正断（脆性）其中 τs τk σk是常数。

可见研究材料的应力状态是极其重要的。

从弹性力学可知：任何复杂的应力状态都可以用三个主应力σ 1σ2 σ3（σ1＞ σ2＞ σ3）来表示。

则最大剪切应力为：2)(31max σστ-=（2-1） 最大正应力为： )(321m a x σσυσσ+-= （2-2） 式中， υ为泊松比 若取υ=0.25 ，则)(5.0232121max max σσσσσστα+--==（2-3） 称α为应力状态软性系数。

在实验中，如α越大，则最大临界分切应力τmax 也越大，表示应力状态越“软”，即材料越易产生塑性变形与韧性断裂。

常见不同加载方式下应力状态以及软性系数见下表。

表2-1 不同加载方式的应力状态软性系数（25.0=υ）从表中应力软性系数可知，当材料塑性较高，可以使用单向静拉伸进行研究，尽管其应力状态较硬，材料仍会发生韧性断裂。

材料性能学课件第二章 材料在其他静载下的力学性能

材料性能学课件第二章 材料在其他静载下的力学性能
⑵弯曲试验时，截面上的应力分布也是表面上应力 最大，故可灵敏地反映材料的表面缺陷。因此，常用 来比较和评定材料表面处理层的质量。
第二节 扭转、弯曲、压缩与剪切的力学性能
2．弯曲试验的特点及应用 ⑶塑性材料的F-fmax曲线的最后部分可任意延长
[图2-6]，表明弯曲试验不能使这些材料断裂。在这 种情况下虽可测定规定非比例弯曲应力，但实际上 很少应用。对这些材料应采用拉伸试验。
第三节 缺口试样静载力学性能
二、缺口试样的静拉伸及静弯曲性能
图2-2 退火低碳钢的扭转图
非比例扭 转应力
p
Mp W
W
扭
扭转屈 服强度
s
Ms W
转 截 面
扭转强 度极限
b
Mb W
系 数
Mp为 试样标距部分表面比例且应变达到规定值时，该点 对应的扭矩（N·M）。
Ms为残余扭转切应变为0.3％时的扭矩（N·M）。
Mb为试样断裂前的最大扭矩（N·M）。
τb是按弹性力学公式计算的，计算值与真实情况不符， 故称τb为条件强度极限。除了极脆材料外，τb不能代表真 实扭转强度极限，只能用作标准试样条件下的相对比较。
M、 分别为弹性变形阶段的扭矩和相对扭转角。
扭转相对残 余切应变
f
f d 0 100%
2l0
对于塑性材料、因塑性变形很大，弹性切应变可以忽略
不计，用上式求出的总切应变可看作残余切应变。对脆性材
料和低塑性材料，因塑性变形很小，弹性变形不能忽略，须
把从上式中所得的总切应变值减去弹性切应变 才是残余切应变。
1、弯曲实验 圆柱试样或方形试祥 万能试验机
第二节 扭转、弯曲、压缩与剪切的力学性能
二、弯曲及其性能指标 1．弯曲试验测定的力学性能指标 弯曲试验时，用圆柱试样或方形试样在万能试验机上 进行。加载方式一般有两种。

第二章材料在其它静载下的力学性能

第二章材料在其它静载下的力学性能

第二章材料在其它静载下的力学性能1.名词解释：扭矩、弯矩、挠度、应力状态软性系数、应力集中系数、缺口效应、缺口敏感度2.试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。

3.欲评定下列材料在静载条件下的力学行为，给定测试方法有单向拉伸、单向压缩、弯曲、扭转和硬度五种，试对给定的材料选定一种或两种最佳的测试方法。

材料：（1）退火低碳钢、（2）灰铸铁、（3）高碳工具钢(经淬火低温回火)、（4）20Cr渗碳淬火钢（5）结构陶瓷、（6）玻璃、（7）硬质合金4.压缩实验适合测试哪些材料的什么力学性能指标？有哪些实际应用？5.试述脆性材料弯曲试验的特点及应用。

6.缺口对材料的拉伸力学性能有什么影响？7.试述缺口效应试验的意义？缺口敏感度指标如何表示？8.现需检验以下材料的冲击韧性，问哪些材料要开缺口?哪些材料不要开缺口?W18Cr4V，Crl2MoV,3Cr2W8V，40CrNiMo，30CrMnSi, 20CrMnTi，铸铁。

9.根据缺口处应力分布特点，分析缺口对脆性、低塑性材料与塑性材料强度的影响。

10.对于大多数缺口构件来说,当缺口根部半径与直径之比趋于零时，Kt都趋于无穷大。

但在实际中这样高的Kt值是从来达不到的，为什么？11.洛氏硬度的原理是什么？常用的洛氏硬度有几种？它们的压头、载荷和适用范围有什么不同？12.布氏硬度的原理是什么？测定布氏硬度时，钢球和载荷按什么原则选择？为什么？13.试比较布氏、洛氏、维氏硬度的优缺点及应用范围。

14.显微硬度和维氏硬度相比有何异同？显微硬度有什么用途？15. 今有如下工件，需要测定硬度，试说明采用何种硬度试验法为宜？（1）渗碳层的硬度分布；（2）淬火钢件；（3）灰铸铁；（4）鉴别钢中的残留A与隐晶马氏体；（5）仪表小黄铜齿轮；（6）龙门刨床导轨；（7）氮化层；（8）弹簧；（9）高速钢刀具；（10）硬质合金。

16. 某单位的力学性能实验室，备有液压万能材料试验机，扭转试验机，疲劳试验机。

第2章 金属在其它静载荷下的力学性能

第2章 金属在其它静载荷下的力学性能
42

直径D有10、5、2.5、2、1 mm五种。
压痕直径d应控制在(0.24－0.6)D之间，以保证得到 有效的硬度。 测定布氏硬度的试样，其厚度至少应为压痕深度的10 倍。 载荷的保持时间，对黑色金属为10－15 s，对有色金 属为30 s，对HB<35的材料为60 s。



43

符号表示：压头为淬火钢球，HBS；压头为硬质合金 球，HBW。 HBS或HBW之前的数字表示硬度值，其后的数字依 次为压头直径、压力和保持时间。 例：150HBSl0／3000／30表示用10mm直径淬火钢 球，加压3000kgf，保持30s，测得的布氏硬度值为 150； 500HBW5／750，表示用硬质合金球，压头直轻 5mm，加压750kgf，保持10-15秒(保持时间为10-15， 不加标注)，测得布氏硬度值为500。
18
2、应力状态
在与试样轴线呈45°的两个斜面上承受最大正应力，
在与试样轴线平行和垂直的平面上承受最大切应力。 两者的比值近于1。
19
二、扭转试验
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。标距长度L0分别为50mm或100mm，直径d0 ＝10mm。
T W d0 2 L0 W
5


单向静拉伸的应力状态最硬，一般适用于塑性变形抗力与切断强 度较低的塑性材料试验。 弯曲、扭转等应力状态较软，适用于对于正断强度较低的脆性材 料。 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。
6


佛里德曼(Ф р и д м а н )力学状态图
27
2、缺口试样在塑性状态下的应力分布

2 金属在其他静载荷下的力学性能1

2 金属在其他静载荷下的力学性能1

铸铁抗压性能远远大于抗拉性能， σby>σbL，铸铁抗压性能远远大于抗拉性能，断裂面 σ 为与轴向大致成45 的滑移面破坏。 为与轴向大致成 o～55o的滑移面破坏。
3、压缩性能指标 、 1)、规定非比例压缩应力（ σ pc）： σ pc0。01、 σ pc0。02等 、规定非比例压缩应力（ 。 。 2)、抗压强度（σbc） 、抗压强度（ 3)、压缩杨氏模量（Ec） 、压缩杨氏模量（ 4)、压缩屈服强度（σsc） 、压缩屈服强度（ ( Fσ bc A ) Fpc σ(MP 低碳 400 钢压 a) 缩应 σsc 力应 低碳 变曲 钢拉 200 线 伸应 力应 O 变曲 ε ΔL (ε) ε) O 0. 0. 线 εpc L0 1 2
Ls FLs
l Fl
l
三点弯曲
四点弯曲
试验结果： 试验结果： σ =M/W W= （πd3）/32 （bh2）/6 抗弯强度σ 抗弯强度σbb
Fls M= 4
F Fbb Fpb
A
f
Ls FLs
O C
f 弯曲力—挠度曲线 弯曲力 挠度曲线
第四节 扭转 一、扭转试验的特点及应用 T A' T
A
扭转
γ
第二节 压缩
一、压缩试验的特点 1、特点 、 应力状态软性系数大 单向压缩 α=2 多向不等压缩α 多向不等压缩α＞ 2 三向不等压缩： 7σ/3时 σ 1=-σ, σ 2= -7σ/3, σ3= -7σ/3时, α= 4 2、用途 用于显示脆性材料的塑性。 用于显示脆性材料的塑性。 用于测试压缩服役条件下的力学指标。 用于测试压缩服役条件下的力学指标。
max=
σ1-υ（ σ2+σ3 ）
υ—泊松比 泊松比
表示它们的相对大小可用α 表示它们的相对大小可用 。 应力状态软性系数α 应力状态软性系数α ： α = τmax/σ

材料性能学第二章材料在其他静载下的力学性能

材料性能学第二章材料在其他静载下的力学性能

评价材料缺口敏感 性需进行缺口敏感 性试验：
缺口拉伸、缺口弯曲、 缺口偏斜拉伸。
压缩、扭转试验，缺口敏感性不明显，不能反映缺口 敏感性。
2、缺口试样的静拉伸和偏斜拉伸
① 缺口试样：
ω=45º~60º ρ=0.1~0.2mm dN=7~15mm dN/do=0.7~0.85
② 注意：
a、试样应在热处理之后再加工缺口，以防止热处理 脱碳（表层）对试验结果的影响（бbN↑25~30%）。
2
材料力学：
任何复杂的应力状态都可用3个主应力 σ1、 σ 2、 σ 3（ σ 1≥ σ 2≥ σ 3）来表示。
最大切应力理论： 最大正应力理论：

max

1

2
3
max 1 2 3
应力状态软性系数α
max
1 3
max 2 1 2 3
在与轴线呈45º方向上承受最大正应力，与试样轴线平 行或垂直方向上承受最大切应力。
弹性变形阶段，切应力、切应变沿半径方向呈线性分布。
当表层产生塑性变形后，切应变的分布仍保持线性关系， 切应力则呈非线性变化。
扭转图：扭转试验过程中，扭矩M与扭转角Φ之间的 关系曲线→扭转图。
扭矩：使物体发生转动的力。
③ 压缩曲线
脆性材料的抗压强度及压缩塑性指标如下：
规定非比例压缩应力 抗压强度 相对压缩率 相对断面扩展率

pc

Fpc A0
bc

Fbc A0
c

h0 hf h0
100%
c

Af Af
A0
100%
2、压缩试验的特点及应用
① 单向压缩的应力状态软性系数α=2，因此压缩试验 主要用于脆性材料，以显示静拉伸不能反映的韧性

金属力学性能-2-其它静载荷PPT课件

金属力学性能-2-其它静载荷PPT课件
具体说来…
9
α越大的试验方法，其最大切应力分量越 大，表示应力状态越 “软”，金属越容易产生 塑性变形和韧性断裂。
α越小的试验方法，其最大正应力分量越 大，表示应力状态越 “硬”，金属越不容易产 生塑性变形而易于产生脆性断裂。
10
不同加载方式的应力状态软性系数（μ=0.25）
加载方式
σ1
三向不等拉伸
注意：o 前图OC如何确定？(公式2-7、8)； o 对比单向拉伸的规定非比例伸长应力
30
2） 抗弯强度 bb
试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲力，按 弹性弯曲公式计算的最大弯曲应力。
3） 弯曲弹性模量 Eb 4） 断裂挠度 fb
5） 断裂能量 U（弯曲力-挠度曲线所包围的面 积）。
31
注意： 以上各指标究竟如何计算？
第二章 金属在其它静载荷下的 力学性能
1
前一章讲了金属单向拉伸条件下的力学性 能，但零件在实际服役条件下受力复杂，应力 状态千差万别。
所以只能对金属在一些典型应力状态下的 力学性能进行测定，如：压缩、弯曲、扭转或 缺口试样拉伸等。
2
目的：
1） 模拟实际的服役情况。测定力学性能 指标，作为设计和选材的依据；
48
2、 缺口试样在塑性状态下的应力分布
对于塑性较好的材料，若缺口根部产生塑 性变形，应力将重新分布，并随应力的增加塑 性区逐渐加大，直到整个截面都产生塑性变形。
以缺口厚板拉伸为例，分析应力的分布情 况（假设材料遵从 Tresca 准则）。
49
宏观表现：
塑性材料强度
提高塑性降低
50
缺口效应二：塑性材料强度提高，塑性降低。 （注意：为什么？）
σ
单向拉伸
σ

第二章金属在其它静载荷作用下的力学性能

第二章金属在其它静载荷作用下的力学性能

第二章金属在其它静载荷作用下的力学性能金属在其它静载荷作用下的力学性能是指金属材料在非常规条件下的力学行为。

非常规条件包括多轴加载、温度变化和化学环境等。

在这些条件下，金属材料的力学性能可能会发生变化，对于金属材料的设计和工程应用至关重要。

首先，多轴加载是指金属材料同时受到多个方向的力的作用。

在常规的拉伸和压缩加载下，金属材料的力学性能可以通过应力-应变曲线来描述。

在多轴加载下，金属材料的应力-应变关系变得更为复杂。

通过多轴加载试验可以得到应力-应变曲线的二维或三维图形，从而可以分析金属材料的强度、塑性和韧性等性能。

其次，温度变化是另一个影响金属材料力学性能的重要因素。

随着温度的升高或降低，金属材料的结构和物性会发生变化。

温度对金属的力学性能的影响有两个方面，一是温度对金属材料的热膨胀系数的影响，二是温度对金属材料的热力学性质和变形行为的影响。

温度变化还可能引起金属的相变以及晶体结构的变化，从而会对金属材料的强度、塑性和断裂韧性产生重要影响。

最后，化学环境对金属材料的力学性能也会造成一定的影响。

特别是金属材料在腐蚀环境下的力学性能发生明显的变化。

腐蚀作用会导致金属表面的氧化、金属离子的溶解以及物质的损失，从而加速金属的疲劳和蠕变。

此外，金属材料在酸、碱和盐等化学环境中的力学性能也可能发生变化，因为化学环境会与金属表面发生反应，并改变金属材料的晶体结构和结构稳定性。

综上所述，金属在其它静载荷作用下的力学性能受到多轴加载、温度变化和化学环境等的影响。

对于金属材料的设计和工程应用，需要考虑这些因素对金属的力学性能的影响，以确保金属材料具有足够的强度、塑性和韧性，从而满足工程需求。

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3、弯曲试验的应用
• 用于测定灰铸铁的抗弯强度，灰铸 铁的弯曲试样一般采用铸态毛坯圆 柱试件。 • 用于测定硬质合金的抗弯强度，硬 质合金由于硬度高，难以加工成拉 伸试件，故常做弯曲试验以评价其 性能和质量。 • 陶瓷材料的抗弯强度测定。
第四节 材料扭转力学性能
• 一、扭转试验的特点 • 当圆柱试样承受扭矩T进行扭转时，在与试样 轴线呈 45 °的两个斜截面上承受最大与最小 正应力 σ1 和 σ3 ，在与试样轴线平行和垂直的 截面上承受最大切应力。α 值接近于1 （0.8）。
拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变 形而不会断裂。脆性金属材料在拉伸时产生垂直 于载荷轴线的正断，塑性变形量几乎为零；而在 压缩时除能产生一定的塑性变形外，常沿与轴线 呈45°方向产生断裂，具有切断特征。
• 根据压缩曲线，可以求出抗压强度和塑性指标。
• 对于低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度σbc， 相对压缩率εck和相对断面扩胀率ψck。 • 抗压强度σbc σbc=Pbc/A0
扭转试验
扭转试验主要采用直径 d0=10mm、标距长度 L0 分别为50mm或100mm的圆柱形试样。试验时对试 样施加扭矩 T，随着扭矩的增加，试样标距L0间 的两个横截面不断产生相对转动。金属扭转时 的扭矩－扭角如图。
试样在弹性范围内表面的切应力和切 应变可分别由式(2—9)、(2—10)求出
图示为20CrMnTi钢渗碳层表 面含碳量对抗扭强度的影响。 由图可见，控制表面含碳量 w(c)为0.9％-1.1％，可获得 最大的抗扭强度。这对指导 生产是很有意义的。
剪切试验
• 模拟实际服役条件，并提供材料的 抗剪强度数据作为设计的依据。 • 单剪试验 • 双剪试验 • 冲孔式剪切试验
• 根据扭转试样的宏观断口特征，还可明确区分金属材料 最终断裂方式是正断还是切断。 • 塑性材料的断裂面与试样轴线垂直，断口平整，有回旋 状塑性变形痕迹，这是由切应力造成的切断； • 脆性材料的断裂面与试样轴线成45°角，呈螺旋状，这 是在正应力作用下产生的正断。 •有的断口为木纹状，断裂面 顺着试样轴线形成纵向剥层或 裂纹。这是因为金属中存在较 多的非金属夹杂物或偏析，并 在轧制过程中使其沿轴向分布， 从而降低了试样轴向的切断抗 力造成的。因此，可以根据断 口宏观特征判断承受扭矩而断 裂的机件材料性能。
扭转试验可测定下列主要性能指标：
(2)测定屈服点： 在拉伸试验中，呈现明显物理屈服现 象的金属材料 ( 如低碳钢 ) ，进行扭转试 验时也同样呈现屈服现象。在扭转曲线 或试验机扭矩度盘上读出屈服时的扭矩， 就可计算出屈服点。
(3)测定抗扭强度τ b 试样在扭断前承 受的最大扭矩(Tb)，利用弹性扭转公 式计算的切应力称为抗扭强度，即
3)能较敏感地反映出金属表面缺陷及表 面硬化层的性能。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。 4)扭转时试样中的最大正应力与最大切 应力在数值上大体相等，而生产上所 使用的大部分金属材料的正断抗力大 于切断抗力，所以，扭转试验是测定 这些材料切断抗力最可靠的方法。
• 相对压缩率εck
εck=(h0-hk)/h0×100％
• 相对断面扩胀率ψck
ψck=(-A0)/A0×100％
• 式中Pbc为试件压缩断裂时的载荷;h0和hk分别为试件的原始高度和断裂时的高度；A0和 Ak分别为试件的原始截面积和断裂时的截面积。
• 压缩试验用的试样其横截面为圆形 或正方形，试样长度一般为直径或 边长的2.5～3.5倍。在有侧向约束 装置以防试样弯曲的条件下，也可 采用板状试样。 • 金属的多向不等压缩实验方法可根 据机件的形状自行设计装置进行实 验。
2．弯曲试验的特点
(1)弯曲加载时受拉的一侧应力状态基本上与静拉 伸时相同，且不存在如拉伸时的所谓试样偏斜对 试验结果的影响。因此弯曲试验常用于测定那些 由于太硬难于加工成拉伸试样的脆性材料的断裂 强度。 (2)弯曲试验时，截面上的应力分布也是表面上应 力最大，故可灵敏地反映材料的表面缺陷。因此， 常用来比较和评定材料表面处理层的质量。 (3)塑性材料的F－挠度曲线的最后部分可任意延长， 表明弯曲试验不能使这些材料断裂。在这种情况 下虽可测定规定非比例弯曲应力，但实际上很少 应用。对这些材料应采用拉伸试验。
第二章
材料在其他静载下的力学性能
第一节
应力状态软性系数
第二节 材料压缩力学性能
• 1 单向压缩试验 • 单向压缩时应力状态的软性系数大（2），故 用于测定脆性材料，如铸铁、轴承合金、水 泥和砖石等的力学性能。 • 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，而在 压缩时有可能获得。 • 压缩可以看作是反向拉伸。因此，拉伸试验 时所定义的各个力学性能指标和相应的计算 公式，在压缩试验中基本上都能应用。
第三节 材料弯曲力学性能
• 弯曲试验时，用圆柱试样或方形试样在万能试 验机上进行。 • 加载方式一般有两种： A.三点弯曲加载 B.四点弯曲加载
• 通过记录载荷F(或 弯矩)与试样最大挠 度之间的关系曲 线——弯曲图来确 定材料在弯曲载荷 下的力学性能。
• 试样弯曲时，受拉一侧表面的最大 正应力为
• 在弹性变形阶段，试样横截面上的切应 力和切应变沿半径方向的分布是线性的。 当表层产生塑性变形后，切应变的分布 仍保持线性关系，但切应力则因塑性变 形而有所降低，不再呈线性分布。
扭转试验的特点：
1) 扭转的应力状态软性系数为 0.8 ，比拉 伸时大，易于显示金属的塑性行为，特 别是那些在拉伸时呈现脆性的金属材料 的塑性性能。 2)圆柱形试样扭转时，整个长度上塑性变 形是均匀的，没有缩颈现象。试样截面 和标距长度基本保持不变，所以能精确 地反映出拉伸时出现颈缩的高塑性材料 直至断裂前的变形能力和形变抗力。