材料力学性能测试.pptx

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1、目录第一章 硬度第二章 拉伸第三章 冲击性能第四章 压缩第五章 剪切第六章第六章 扭转扭转第七章第七章 弯曲弯曲第八章第八章 疲劳疲劳第1页/共94页第一章 硬度刻划法压入法压入法硬度：硬度：材料在一定条件下局部抵抗硬物压入其表面的材料在一定条件下局部抵抗硬物压入其表面的能力，是比较各种材料软硬的指标。能力，是比较各种材料软硬的指标。硬度试验根据硬度试验根据受力方式划分受力方式划分静态法静态法动态法动态法硬度试验根据硬度试验根据加力速度划分加力速度划分第2页/共94页第一节 布氏硬度第二节 洛氏硬度第三节 维氏硬度第3页/共94页第二章 拉伸拉伸性能拉伸性能:材料的弹性、强度、延性、应变硬化和

2、韧度等重材料的弹性、强度、延性、应变硬化和韧度等重要的力学性能指标统称拉伸性能，它是材料的基要的力学性能指标统称拉伸性能，它是材料的基本力学性能。本力学性能。在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之一；提供预测材料的其它力学性能的参量，如疲劳、断裂一；提供预测材料的其它力学性能的参量，如疲劳、断裂等。等。第4页/共94页屈服强度 材料开始明显塑性变形时的应力值抗拉强度抗拉强度 拉断过程中最大试验力所对应的应力拉断过程中最大试验力所对应的应力 一、常用术语一、常用术语弹性极限弹性极限 e e屈服极限屈服极限 0.20.2符合线性关系的最

3、高应力符合线性关系的最高应力加载卸载后完全弹性恢复的最高应力加载卸载后完全弹性恢复的最高应力0.20.2残留变形的应力残留变形的应力比例极限p第5页/共94页l1的测定伸长率：设试样的标距为l0，拉断后若将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为l1，则 =(l1 l0)/l0100直测法直测法:如断口到最近的标距的距离大于如断口到最近的标距的距离大于l l0 0/3,/3,则以直接测得的两则以直接测得的两标距端点间的长度为标距端点间的长度为l l1 1首先在试验前用刻线机在试件表面上刻出将整个标距长度首先在试验前用刻线机在试件表面上刻出将整个标距长度l l0 0分成分成n n等分的圆周

4、线等分的圆周线位移法位移法:如断口到最近的标距的距离大于如断口到最近的标距的距离大于l l0 0/3,/3,在长段上从拉断处在长段上从拉断处O O取基本等于短段格数取基本等于短段格数,得到得到B B点点,第6页/共94页接着取长段所余格数(偶数a)之半得到C点,或者取长段所余格数(奇数b)减1与加1之半,分别得C和C1点,移动后的l1分别为 AO+OB+2BC 或 AO+OB+BC+BC1 第7页/共94页第8页/共94页二、试样夹持部分用来装入试验机夹具以便夹紧试样，过渡部分夹持部分用来装入试验机夹具以便夹紧试样，过渡部分用来保证标距部分能均匀受力。这两部分的尺寸及要求用来保证标距部分能均匀

5、受力。这两部分的尺寸及要求决定于试样的截面形状和尺寸以及试验机夹具类型。决定于试样的截面形状和尺寸以及试验机夹具类型。第9页/共94页试样的尺寸和形状对材料的塑料性质影响很大，国家对试样尺寸作了标准化规定第10页/共94页三、实验步骤（一）低碳钢的试件1.试件准备用刻线机在标距l0范围内每隔5mm刻划一根圆周线，将标距分成10格(对短试件)或20格(对长试件)。用游标卡尺测量标距两端及中间三个横截面处的直径,在每一横截面内沿相互垂直的两个直径方向各测量一次取其平均值,用所得的三个平均值中最小的值来计算试件的横截面面积A02.2.试验机准备试验机准备根据低碳钢的强度极限根据低碳钢的强度极限 b

6、b和试件的横截面面积和试件的横截面面积A A0 0估算估算试件的最大载荷，根据最大载荷的大小，选择合适的试件的最大载荷，根据最大载荷的大小，选择合适的测力度盘。调整测力指针测力度盘。调整测力指针,对准零点对准零点,并使随动针与之并使随动针与之靠拢，同时调整好自动绘图装置。靠拢，同时调整好自动绘图装置。第11页/共94页3.安装试件先将试件安装在试验机的上夹头内,再移动下夹头使其达到适当位置，并把试件下端夹紧。4.4.检查及试车检查及试车完成以上步骤后完成以上步骤后,开动试验机开动试验机,预加少量载荷预加少量载荷(其对应的应力不其对应的应力不能超过材料的比例极限能超过材料的比例极限)后后,卸载回

7、零点卸载回零点,以检查试验机工作是以检查试验机工作是否正常。否正常。5.5.进行试验进行试验 开动试验机使之缓慢匀递加载。注意观察测力指针的转动、自开动试验机使之缓慢匀递加载。注意观察测力指针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象。当测力指针不动或倒退时动绘图的情况和相应的试验现象。当测力指针不动或倒退时,说明材料开始屈服说明材料开始屈服,记录屈服载荷记录屈服载荷F Fs s，加载至试件断裂后停机，加载至试件断裂后停机，由随动指针读出最大载荷由随动指针读出最大载荷F Fb b。取下试件，将断裂试件的两段。取下试件，将断裂试件的两段对齐并尽量靠紧，用游标卡尺测量断裂后标距段的长度对齐并尽量靠紧，

8、用游标卡尺测量断裂后标距段的长度l l1 1；测；测量断口量断口(颈缩颈缩)处的直径处的直径d d1 1 ，计算断口处的横截面面积，计算断口处的横截面面积A A1 1。第12页/共94页（二）灰铸铁试件 灰铸铁这类脆性材料拉冲时的载荷变形曲线如图所示。它不象低碳钢拉伸那样明显地可分为弹性、屈服、颈缩、断裂等四个阶段，而是一根非常接近直线的曲线，并且没有下降段。灰铸铁试样是在非常微小的变形请况下突然断裂的,断裂后几乎不留残余变形。注意到这些特点，可知灰铸铁不仅不具有s，而且测定它的和也没有实际意义。因此，对灰铸铁只需测定它的强度极限b就可以了。取制备好的试样，测出其横截面积A0,然后装在试验机上

9、逐渐缓慢加载直到试样断裂，记下最大载荷Fb，据此即可算得强度极限 b =Fb /A0第13页/共94页第三章 冲击性能材料在冲击载荷（速度较高）作用下，其变形和破坏的过程:弹性变形 塑性变形 断裂破坏弹性变形是以声速在介质中传播的，因而弹性总跟得上外加弹性变形是以声速在介质中传播的，因而弹性总跟得上外加载荷的变化，所以加载速度对材料的弹性行为及相应的机械载荷的变化，所以加载速度对材料的弹性行为及相应的机械性能没有影响。性能没有影响。塑性变形的传播则比较慢，若加载速度太快，塑性变形就来塑性变形的传播则比较慢，若加载速度太快，塑性变形就来不及充分进行，在宏观上表现为屈服强度与静载时相比有较不及充分

10、进行，在宏观上表现为屈服强度与静载时相比有较大的提高但塑性却明显下降，材料会产生明显的脆化倾向。大的提高但塑性却明显下降，材料会产生明显的脆化倾向。冲击试验：冲击试验：冲断具有缺口的试样，测定其吸收的能量。冲断具有缺口的试样，测定其吸收的能量。第14页/共94页一、冲击韧性 k（J/m2）k=Ak/F F为试样缺口处的初始面积k 作为材料的冲击抗力指标，不仅与材料的性质有关，试样的形状、尺寸、缺口形式等都会对k值产生很大的影响，因此k只是材料抗冲击断裂的一个参考性指标。只能在规定条件下进行相对比较，而不能代换到具体零件上进行定量计算。冲击韧性对于评定材料在冲击载荷作用下的力学性能，冲击韧性对于

11、评定材料在冲击载荷作用下的力学性能，鉴定原材料的冶金质量及热加工后的产品质量、评定材鉴定原材料的冶金质量及热加工后的产品质量、评定材料的脆化倾向以及测定钢材的时效敏感性等方面有很重料的脆化倾向以及测定钢材的时效敏感性等方面有很重要的作用。要的作用。第15页/共94页二、按照试样受载荷方式划分二、按照试样受载荷方式划分1.1.冲击拉伸冲击拉伸其试样的形状类似于静拉伸试样，通常试样的两端做成螺纹，其试样的形状类似于静拉伸试样，通常试样的两端做成螺纹，一端旋于冲击锤上，另一端旋上一个螺母状的档铁，当冲击一端旋于冲击锤上，另一端旋上一个螺母状的档铁，当冲击锤带着试样运动时，试样另一端的档铁碰到试验机上

12、的阻挡锤带着试样运动时，试样另一端的档铁碰到试验机上的阻挡支座，即形成冲击。试样的受载方式与衡速率拉伸相近。支座，即形成冲击。试样的受载方式与衡速率拉伸相近。2.2.冲击扭转冲击扭转试样为长方体试样，通常一端固定在可夹紧的支座上，另一试样为长方体试样，通常一端固定在可夹紧的支座上，另一端固定一个与试样长度方向垂直的扭转力矩杠杆，当冲击锤端固定一个与试样长度方向垂直的扭转力矩杠杆，当冲击锤冲击力矩杠杆时即形成扭转冲击。这种试验方式容易显示在冲击力矩杠杆时即形成扭转冲击。这种试验方式容易显示在常用的冲击弯曲试验下难以显示的性能差异，常用作分辨和常用的冲击弯曲试验下难以显示的性能差异，常用作分辨和检

13、定材料硬度高而冲击韧性值偏低的材料。如回火脆性等。检定材料硬度高而冲击韧性值偏低的材料。如回火脆性等。第16页/共94页3.3.冲击弯曲冲击弯曲冲击试验最常见的受载模式，一般简称为冲击试验，这种试冲击试验最常见的受载模式，一般简称为冲击试验，这种试验分为两种形式：验分为两种形式：（1 1）简支梁试验（）简支梁试验（charpycharpy）试样两端支撑，冲击锤击试样中部，根据试样所吸收的冲击试样两端支撑，冲击锤击试样中部，根据试样所吸收的冲击功测定试样的功测定试样的A Ak k值，冲击锤的刃口以及支座圆角根据值，冲击锤的刃口以及支座圆角根据GB3808GB3808和和ASMT E23ASMT

14、E23标准有不同的尺寸要求。试样的缺口有标准有不同的尺寸要求。试样的缺口有V V形和形和U U形形两种。两种。（2 2）悬臂梁试验（）悬臂梁试验（lzodlzod）长矩形试样一端夹持，锤击另一端，这种试验在国内开展不长矩形试样一端夹持，锤击另一端，这种试验在国内开展不广泛，在欧美等国家常用此试验方法，符合广泛，在欧美等国家常用此试验方法，符合ISO/R84ISO/R84，GB GB 41584158标准。标准。4.4.冲击剥离冲击剥离为了研究粘合剂与层压材料之间的粘接强度，将试样用粘合为了研究粘合剂与层压材料之间的粘接强度，将试样用粘合剂粘接，试验时夹紧下试样，使冲击刀刃贴近粘接层冲击上剂粘接

15、，试验时夹紧下试样，使冲击刀刃贴近粘接层冲击上试块，以测定粘接层的抗冲击能力。试块，以测定粘接层的抗冲击能力。第17页/共94页冲击实验的方法很多，但国际上常规冲击实验只有两种：简支梁式冲击弯曲实验：实验时试样处于三点弯曲受力状态。也称“夏比”(Charpy)冲击实验悬臂式冲击弯曲实验：实验时试样处于悬臂弯曲状态，也称“艾佐”(lzod)冲击实验 （如图）夏比冲击实验：夏比冲击实验：将具有规定形状和尺寸的试样，放在冲击实验机的试样支将具有规定形状和尺寸的试样，放在冲击实验机的试样支座上，使之处于简支梁状态。然后使规定高度的摆锤下落，座上，使之处于简支梁状态。然后使规定高度的摆锤下落，产生冲击载

16、荷将试样折断，产生冲击载荷将试样折断，如图如图所示。所示。夏比冲击实验实质上就是通过能量转换过程测定试样在这夏比冲击实验实质上就是通过能量转换过程测定试样在这种冲击载荷作用下折断时所吸收的功。种冲击载荷作用下折断时所吸收的功。第18页/共94页 设摆锤的重力为设摆锤的重力为F F（NN），摆锤旋转轴线到摆锤重心的），摆锤旋转轴线到摆锤重心的距离为距离为L L（mm），若将其抬起的高度为），若将其抬起的高度为HH（mm）、则此）、则此时摆锤所具有的能量为：时摆锤所具有的能量为：E E1 1 =F F H H =FLFL（1 COS 1 COS）若摆锤下落折断试样后摆锤的高度变为若摆锤下落折断试样

17、后摆锤的高度变为h h，则摆锤的，则摆锤的剩余能量为：剩余能量为：E E2 2 =F F h h =FLFL（1 COS 1 COS）这两部分能量之差，即为金属试样在冲击载荷作用这两部分能量之差，即为金属试样在冲击载荷作用下折断时所吸收的功下折断时所吸收的功A AK K A AK K =F F H F H F h h=FL=FL（COS COS COS COS）A AK K 的单位是的单位是 N N m m，通常用，通常用 J J 表示（表示（1 J=1 N1 J=1 N m m）第19页/共94页一、试样夏比冲击试样根据其缺口形状的不同要求可分为v型缺口试样和u型缺口试样两种类型。1.V1.

18、V型缺口试样型缺口试样 标准试样，标准试样是尺寸为标准试样，标准试样是尺寸为10mm10mm55mm10mm10mm55mm在长度中部开有在长度中部开有2mm2mm深深v v型缺口的试样。型缺口的试样。图图(a)(a)辅助小尺寸试样，当板材厚度在辅助小尺寸试样，当板材厚度在10mm10mm以下无法切取标准以下无法切取标准试样时，则根据技术条件规定可以采用如试样时，则根据技术条件规定可以采用如图图（b b）所示的两所示的两种辅助小尺寸试样，其宽度分别为种辅助小尺寸试样，其宽度分别为7.5mm7.5mm和和5mm5mm，试样的其，试样的其他尺寸及其偏差和缺口形状与图他尺寸及其偏差和缺口形状与图(a

19、)(a)中的要求相同。中的要求相同。第20页/共94页2.U型缺口试样标准试样：标准试样是尺寸10mm10mm55mm，在长度中部开有2mm深u型缺口的试样。其形状、尺寸及偏差见图(c)。深u型试样，其形状和尺寸如图(d)所示。辅助小尺寸试样与v型缺口试样一样，也可采用7.5mm10mm55mm和5mm10mm55mm的两种辅助小尺寸试样，其缺口为2mm或5mm深U型。第21页/共94页试样开切口的目的是为了使试样在承受冲击时在切口附近造成应力集中，使塑性交形局限在切口附近不大的体积范围内，并保证试样一次就被冲断且使断裂就发生在切口处。.k值对切口的形状和尺寸十分敏感，切口愈深，愈尖锐k值愈低

20、，材料的脆化倾向愈严重。因此，同种材料用不同切口试样测定的k值不能相互换算和直接比较。第22页/共94页二、步骤(1)用精度不低于0.02mm的量具测量试样缺口底部处的横截面尺寸，其横截面尺寸应在规定偏差范围内。(2)(2)根据所测试材料的牌号和热处理工艺，估计试样冲击吸根据所测试材料的牌号和热处理工艺，估计试样冲击吸收功的大小，选择实验机的打击能量加上合适的摆锤，收功的大小，选择实验机的打击能量加上合适的摆锤，使试样折断的冲击吸收功在所用摆锤最大能量的使试样折断的冲击吸收功在所用摆锤最大能量的1010-90-90范围内。范围内。(3)(3)进行空打实验其目的是检查实验机是否处于正常工作状进行

21、空打实验其目的是检查实验机是否处于正常工作状态。方法是当摆锤自由下落时，使指针对准最大打击能量处态。方法是当摆锤自由下落时，使指针对准最大打击能量处。然后扬起摆锤空打，检查此时的指针是否指零。其偏离不。然后扬起摆锤空打，检查此时的指针是否指零。其偏离不应超过最小分度的应超过最小分度的1/41/4。第23页/共94页(4)正确放置试样试样应紧贴支座安放，使缺口的背面朝向摆锤打击方向；试样缺口的搁置,应使用专用的定位规对中，使之位于两支座对称面上，其偏差不应大于0.2mm。(5)(5)将摆锤接起，拨动指针指向最大打击能量处，然后送开将摆锤接起，拨动指针指向最大打击能量处，然后送开挂钩使摆锤下落冲断

22、试样挂钩使摆锤下落冲断试样,并任其向前继续摆动并任其向前继续摆动,直到达到最直到达到最高点后回摆时高点后回摆时,使用制动闸将摆锤刹住使用制动闸将摆锤刹住,使其停止在垂直位置使其停止在垂直位置,记下指针在示值度盘上所指的数值记下指针在示值度盘上所指的数值,即为冲击吸收功即为冲击吸收功A Ak k回收试样回收试样,观察断口。观察断口。第24页/共94页第四章 压缩压缩性能：压缩性能：材料在压缩应力作用下，抗变形和破坏的能力。材料在压缩应力作用下，抗变形和破坏的能力。对于一般材料而言，从拉伸实验得到的力学性能指标即可对于一般材料而言，从拉伸实验得到的力学性能指标即可满足工程设计相应用的要求，但对于一

23、些脆性和低塑性材满足工程设计相应用的要求，但对于一些脆性和低塑性材料（如铸铁、高碳钢、工具钢和铸铝合金等）料（如铸铁、高碳钢、工具钢和铸铝合金等）,由于在拉由于在拉伸时呈脆性断裂，其塑性指标无法求得，但采用压缩实验伸时呈脆性断裂，其塑性指标无法求得，但采用压缩实验却可以测出它们在韧性状态下的力学性能。却可以测出它们在韧性状态下的力学性能。实际上，许多结构、零件是在压缩载荷下工作的实际上，许多结构、零件是在压缩载荷下工作的,所以研所以研究材料在压缩时的力学性能究材料在压缩时的力学性能,具有一定的工程实际意义。具有一定的工程实际意义。第25页/共94页压缩试验时，材料的力学性能可以用压力和变形的关

24、系曲线表示，称为压缩图。图a为低碳钢的压缩图，由图可见低碳钢在压缩时存在弹性极限、比例极限、屈服极限。试验表明，低碳钢压缩时的屈服极限在数值上和拉伸时的相应数值差不多，只是屈服现象不如拉伸时那样明显。随着压力的增加，试样由鼓形变成扁饼状而且越压越扁，不会发生压缩破坏，故不能测得其抗压强度极限。故一般均以屈服极限作为低碳纲的抗压强度的特征数值。图图b b为灰铸铁压缩曲线。一般其抗压强度极限为抗拉强度为灰铸铁压缩曲线。一般其抗压强度极限为抗拉强度极限的极限的3 3至至4 4倍。此外，还可测得灰铸铁压缩时的某些塑倍。此外，还可测得灰铸铁压缩时的某些塑性指标，如相对压缩率和截面扩展率等。灰铸铁压缩破性

25、指标，如相对压缩率和截面扩展率等。灰铸铁压缩破坏断口为斜面坏断口为斜面,如图如图。第26页/共94页低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一股制成圆柱体，其高h0与直径d0之比在1至3的范围内。其理由是：目前常用的压缩实验方法是两端平压法，这种压缩实验方法，试样的上、下两端与实验机承垫之间会产生根大的摩擦力,它们阻碍试样上部及下部的横向变形,导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就可变小，因此抗压强度与比值h0/d0有关。第27页/共94页为了保证试样中心受压，两端面的平行度要好，且与试样轴垂直。实验时还必须加球形承垫,如图所示.它可以位于试祥上端,也可以位于下

26、端。球形承垫的作用是当试详两端稍不平行，可起到自动调节对中加载的作用。由此可见，压缩实验的结果是与实验条件有关的。实验由此可见，压缩实验的结果是与实验条件有关的。实验表明，此值取在表明，此值取在1 1 h h0 0d d0 0 3 3的范围内为宜。若小于的范围内为宜。若小于1 1，则摩擦力的影响太大则摩擦力的影响太大,若大于若大于3 3，虽然摩擦力的影响减少，虽然摩擦力的影响减少，但稳定性的影响却突出起来。但稳定性的影响却突出起来。为了减小试样上、下端面为了减小试样上、下端面与试验机承垫之间的摩擦力的影响，除了在实验之前，与试验机承垫之间的摩擦力的影响，除了在实验之前，将试祥两端面涂以润滑剂外

27、，同时还需保证试样端面加将试祥两端面涂以润滑剂外，同时还需保证试样端面加工应有较高的光洁度，要求达到工应有较高的光洁度，要求达到1.61.6至至0.8 0.8。第28页/共94页 步骤步骤一一.低碳钢压缩实验低碳钢压缩实验 测定试样的截面尺寸测定试样的截面尺寸 用游标卡尺在试样高度中央取一处予以测量，沿两个互相垂用游标卡尺在试样高度中央取一处予以测量，沿两个互相垂直的方向各测一次直的方向各测一次,取其平均值作为取其平均值作为d d0 0来计算截面面积来计算截面面积A A0 0，用游标卡尺测量试样的高度用游标卡尺测量试样的高度h h0 0。调整实验机调整实验机 估算低碳钢试样的屈服载荷的大小，选

28、择合适的量程按实估算低碳钢试样的屈服载荷的大小，选择合适的量程按实验机操作规程验机操作规程,调整因为指针使其对准废盘的零点调整因为指针使其对准废盘的零点,并调整好并调整好自动绘图装置。自动绘图装置。安装试祥安装试祥将试祥两端面涂上润滑剂，并准确地安放在实验机活动平将试祥两端面涂上润滑剂，并准确地安放在实验机活动平台承垫的中心位置上。台承垫的中心位置上。第29页/共94页装好防护罩。检查及试机 启动实验机，先提升活动平台，当试样的上端面靠近实验机上承垫时，应大大减缓活动平台上升的速度。注意：必须切实避免急剧加载。待试样上端面与上承垫接触受力后，用慢速预先加少量载荷。之后关闭送油阀，检查实验机各部

29、分工作是否正常，自动绘图装置是否动作。进行实验 开启送油阀，进行缓慢均匀地加载，并注意观察测力指针的转动情况，随时调整送油阀的进油量大小、以控制加载速度，同时要注意观察自动绘制的压缩曲线，以便及时而准确地判定其屈服载荷，并记录之。屈服阶段结束后继续加载,并观察试样由原来的圆柱形逐渐变成鼓形，将试样压成饼状后，关闭送油阀，停止加载。实验完毕,关掉实验机电源,开启回油阀，使活动平台下降。卸载完毕，取下实验后的试样，观察变形情况。第30页/共94页二、铸铁压缩实验铸铁压缩实验方法和步骤与低碳钢压缩实验的-相同。进行实验时，亦应缓慢开启送油阀，均匀地加载，同时注意观察测力指针的转动情况和自动绘制的曲线

30、。当发现其压缩曲线开始明显变弯曲，测力指针的转动开始倒迟，这时试祥表面已产生微裂纹，且裂纹迅速扩展，这是试样破坏的前奏，操作者特别注意。当听到试样断裂的声响，马上停机，这时试样巳完全破坏。应关闭送油阀，开启回油阀，使活动平台下降，取下被压裂的试样，观察变形及断口形状，记录测力度盘上从动针所指示的力值，即Pb值。第31页/共94页第五章 剪切实际工程中所使用的螺栓、销钉、铆钉和键等构件，都是起连接作用的零件，主要承受剪切作用。剪切试验：剪切试验：作用在试样两个侧面的载荷，其合力为大小相等、方向相作用在试样两个侧面的载荷，其合力为大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对力，并使试样两部分沿着与合反

31、、作用线相距很近的一对力，并使试样两部分沿着与合力作用线平行的受剪面发生错动。力作用线平行的受剪面发生错动。剪切试验实际上就是测定试样剪切破坏时的最大错动力，剪切试验实际上就是测定试样剪切破坏时的最大错动力，并根据公式计算出相应的应力，用并根据公式计算出相应的应力，用表示，单位为表示，单位为N/mmN/mm2 2。剪切试验一般分为单剪试验、双剪试验、冲孔试验、开剪切试验一般分为单剪试验、双剪试验、冲孔试验、开缝剪切试验和复合钢板剪切试验等。缝剪切试验和复合钢板剪切试验等。第32页/共94页单单剪剪试试验验装装置置 双剪试验装置冲冲孔孔剪剪切切试试验验装装置置 第33页/共94页为了使计算简便，

32、工程上通常采用近似的但基本符合实际的实用计算方法。即假定剪应力在剪切面内是均匀分布的。而且，在确定材料的极限应力的剪切实验中，使试件的受力条件尽可能地模拟实际零件的受力情况。在测得试件的最大载荷Pb后，仍然按剪应力在剪切面上均布的同样方法，算得该材料的剪切强度极限b 即式中A为试件横截面面积，Pb 为最大载荷。第34页/共94页低碳钢剪切实验步骤(1)测量低碳钢剪切试件的直径d0 用游标卡尺在试件任一处沿互相垂直的两方向各测量一次，取其平均值作为d0(2)预估低碳钢材料的剪切强度极限(其0约在500-600MPa之间)，根据试件直径估算破坏时所需最大载荷Pb，选择好实验机的量程及其相应的测力度

33、盘。(3)按要求将试件安装到剪切器上并将剪切器置于万能材料实验机的承垫上。(4)缓慢均匀加力直至试件被剪断，试件剪断后，应立即关机，并读取试件被剪断时的破坏载荷Pb，然后取出试件，观察试件破坏后的形貌。(5)整理工具和现场、关闭进油阀，打开回油阀，使实验机的工作台回复原位。第35页/共94页第六章 扭转一、扭转试验特点(1)(1)扭转的应力状态软性（柔度）系数扭转的应力状态软性（柔度）系数a=0.8a=0.8，因此可用，因此可用它来测定那些在拉伸实验时呈它来测定那些在拉伸实验时呈脆性脆性正断的材料正断的材料(如调质如调质结构钢和工具钢结构钢和工具钢)的塑性变形的抗力指标。的塑性变形的抗力指标。

34、(2)(2)在用圆柱形试件进行扭转试验时，由于在整个试件在用圆柱形试件进行扭转试验时，由于在整个试件长度内的塑性变形始终是均匀的，长度内的塑性变形始终是均匀的，不会出现颈缩现象不会出现颈缩现象。而且试件的截面尺寸及标距长度基本上保持不变。因此，而且试件的截面尺寸及标距长度基本上保持不变。因此，可用来精确评定拉伸时出现颈缩的塑性材料的变形能力可用来精确评定拉伸时出现颈缩的塑性材料的变形能力和抗力指标。和抗力指标。第36页/共94页(3)扭转时试件横截面上扭转剪应力分布不均匀，表面最大，越往心部越小。因而它对表面缺陷以及表面硬化层的性能反映是很敏感的。工程上往往可以利用这一特性来检查零件热处理的表

35、面质量和相对各种表面强化工艺进行研究。(4)(4)由于扭转时试件上任一点为纯剪切应力状态，故试件表面由于扭转时试件上任一点为纯剪切应力状态，故试件表面上存在的上存在的maxmax和和maxmax在数值上大体相等，而工程上许多金属在数值上大体相等，而工程上许多金属材料的材料的k k真真 k k真真 所以，扭转试验是测定这些材料切断强所以，扭转试验是测定这些材料切断强度的可靠方法。此外，根据扭转试件的断口持征可明确地区度的可靠方法。此外，根据扭转试件的断口持征可明确地区分材料最终断裂的方式是正断还是切断。一般，塑性材料的分材料最终断裂的方式是正断还是切断。一般，塑性材料的扭转断裂面垂直于试件的线，

36、断口平整且有回旋状的塑性变扭转断裂面垂直于试件的线，断口平整且有回旋状的塑性变形痕迹形痕迹(图图a a)，这是由，这是由maxmax造成的切断造成的切断.脆性材料的扭转断口脆性材料的扭转断口呈螺旋状曲面呈螺旋状曲面,与试件轴线约成与试件轴线约成45(45(图图b b)，这是在，这是在maxmax 作作用下产生的正断。在扭转试验中所出现的这两种典型材料的用下产生的正断。在扭转试验中所出现的这两种典型材料的不同断裂方式不同断裂方式为分析材料的破坏原因和抗断能力提供了直接为分析材料的破坏原因和抗断能力提供了直接而有效的依据而有效的依据,这一点是其他试验方法所不具备的。这一点是其他试验方法所不具备的。

37、第37页/共94页二、试样二、试样 1.1.圆柱形试样，直径圆柱形试样，直径10mm10mm，标距，标距L L0 0为为50mm50mm、100mm100mm，平行，平行长度长度L Lc c为为70mm70mm、120mm120mm；对于其他直径，平行长度为标距加上两倍直径。对于其他直径，平行长度为标距加上两倍直径。2.2.管形试样，平行长度为标距加上两倍外直径。管形试样，平行长度为标距加上两倍外直径。第38页/共94页三、扭转图三、扭转图在试验过程中，随着扭矩在试验过程中，随着扭矩MM的增大，试件标距两端截面不断产的增大，试件标距两端截面不断产生相对转动，使扭转角生相对转动，使扭转角 的增大

38、，绘出曲线称为扭转图。的增大，绘出曲线称为扭转图。扭转图与拉伸试验测定的真应力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，即使进入塑在扭转时试件的形状不变，其变形始终是均匀的，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。性变形阶段，扭矩仍随变形的增大而增加，直至试件断裂。第39页/共94页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（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螺旋状（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（c）。可

39、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和抗拉（压）强度相对大小。四、应用四、应用第40页/共94页五、步骤五、步骤 1.1.尺寸测量尺寸测量在标距两端及中间处选三个截面在标距两端及中间处选三个截面,每个截面在相互垂直的方每个截面在相互垂直的方向各测一次直径向各测一次直径,取其算术平均值作为改截面的平均直径取其算术平均值作为改截面的平均直径,取三处平均直径的最小值计算试样抗扭截面模量取三处平均直径的最小值计算试样抗扭截面模量W Wn n第41页/共94页2.2.断口分析断口分析 低碳钢：平面断口低碳钢：平面断口断裂由剪应力引起，断面断裂由剪应力引起，断面上可看出回旋状塑性变形上可看

40、出回旋状塑性变形的痕迹，是典型的韧状断的痕迹，是典型的韧状断口。断裂时的剪应力定义口。断裂时的剪应力定义为强度极限。为强度极限。铸铁：铸铁：4545螺旋断口螺旋断口断裂由最大拉应力引起，断裂由最大拉应力引起，而最大拉应力先于最大剪而最大拉应力先于最大剪应力达到强度极限后发生应力达到强度极限后发生断裂又说明了铸铁的抗拉断裂又说明了铸铁的抗拉能力弱于其抗剪能力。能力弱于其抗剪能力。第42页/共94页第七章 弯曲弯曲试验：试样上的外力垂直于试样轴线，并作用在纵向对称面（通过试样的轴线和截面对称的平面）内。金属弯曲试验是将一定形状和尺寸的试样放置于弯金属弯曲试验是将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上

41、，围绕具有一定直径的弯心曲装置上，围绕具有一定直径的弯心，弯曲至规定弯曲至规定的角度或不带弯心的角度或不带弯心，弯到两面接触弯到两面接触（即弯曲即弯曲180180，弯心直径弯心直径d=0d=0）后，卸除试验力，检查试样承受变后，卸除试验力，检查试样承受变形的能力。试验一般在室温下进行，所以也常称为形的能力。试验一般在室温下进行，所以也常称为冷弯试验。冷弯试验。第58页/共94页一、试验特点一、试验特点应力状态与静拉伸时的应力状态基本相同；应力状态与静拉伸时的应力状态基本相同；弯曲试验不受试样偏斜的影响；弯曲试验不受试样偏斜的影响；弯曲试验不能使塑性很好的材料破坏，不能测定其断裂弯曲试验不能使塑

42、性很好的材料破坏，不能测定其断裂弯曲强度；弯曲强度；试样上表面应力最大，可以较灵敏地反映材料表面缺陷试样上表面应力最大，可以较灵敏地反映材料表面缺陷情况。情况。第59页/共94页弯曲试验常用两种加载方法：弯曲试验常用两种加载方法：三点弯曲加载三点弯曲加载四点弯曲加载四点弯曲加载第60页/共94页二、定义二、定义1.1.弯曲强度弯曲强度P P:试样在弯曲过程中承受的最大弯曲应力。（试样在弯曲过程中承受的最大弯曲应力。（MPaMPa）2.2.挠度挠度f f：在弯曲的过程式中，试样跨度中心的顶面或底面偏离原始在弯曲的过程式中，试样跨度中心的顶面或底面偏离原始位置的距离。（位置的距离。（mm)mm)3

43、.3.通过弯曲试验得到的弯曲载荷和试样弯曲挠度的关系曲通过弯曲试验得到的弯曲载荷和试样弯曲挠度的关系曲线称为弯曲图。线称为弯曲图。断裂挠度fbb的测定：将试样对称地安放于弯曲试验装置上，挠度计装在试样中间的测量位置上，施加弯曲力直至试验断裂，测量试样断裂瞬间跨距中点的挠度。第61页/共94页4.试样弯曲时，受拉侧表面的最大正应力：M最大弯矩，对三点弯曲M=PL/4；对四点弯曲M=PK/2。W抗弯截面系数，对于直径为d的圆形试样，；对于宽度为b，高为h的矩形试样，W=bh2/6计算脆性材料的抗弯强度：（Mb为断裂时的弯矩,读出Pbb）第62页/共94页弯曲试验主要测定脆件或低塑性材料的抗弯强度。

44、试样弯曲弯曲试验主要测定脆件或低塑性材料的抗弯强度。试样弯曲至断裂前达到的、按弹性弯曲应力公式计算得到的最大弯曲至断裂前达到的、按弹性弯曲应力公式计算得到的最大弯曲应力就是材料的抗弯强度应力就是材料的抗弯强度,用符号用符号 bbbb表示。表示。bbbb是铸铁的重要力学性能指标。灰铸铁的抗弯性能优于抗是铸铁的重要力学性能指标。灰铸铁的抗弯性能优于抗拉性能，球铁和可锻铸铁的拉性能，球铁和可锻铸铁的 bbbb比灰铸铁的大得多，如珠光比灰铸铁的大得多，如珠光体球铁的体球铁的 bbbb 为为7007001200MPa1200MPa,为抗拉强度的为抗拉强度的1.61.61.91.9倍倍。第63页/共94页

45、第八章 疲劳一、疲劳材料在交变应力作用下，在应力远远低于材料的屈服强度s的若干个循环下发展的突然断裂现象。1.低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂2.疲劳是脆性断裂3.疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感4.疲劳断口上有明显的疲劳源和疲劳扩展区破坏特点：第64页/共94页二、疲劳试验1.S-N曲线表示一定循环特征下，标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线，称应力寿命曲线。（1）光滑试样、缺口试样用于测试高周疲劳裂纹形成寿命。光滑试样：轴向加载试样（圆试样和光滑板试样）、平面弯曲试样、旋转弯曲试样和扭转试样。缺口试样：对于带边缘缺口、中心圆孔和沟槽等试样。2.典型试样第65页/共94页

46、（2）低周疲劳试样在高应力水平下（高于弹性极限）通过对循环应变控制承受载荷，测试低周疲劳裂纹形成。（3）疲劳扩展试样用于测试裂纹扩展寿命，确定材料中预先存在的裂纹的传播速度与循环驱动力（通常为应用的应力强度范围）的函数关系。第66页/共94页第一节 布氏硬度HBWHBW在直径D的硬质合金球上，加一定负荷P，压入式样的表面，根据表面压痕的陷凹面积F计算出应力值，以此作为硬度值大小的计算指标。第67页/共94页t为压痕陷凹深度，Dt为压痕陷凹面积而第68页/共94页由图可知 如果要得到相等的HB值，就必须使二者的压入角相等，这就确定了P和D的规定的依据由式可知要保证所得压入角相等，必须使 为一常数

47、。生产上常用的 值规定有30、10、2.5，根据金属种类不同而分别采用如表第69页/共94页布氏硬度试验的优缺点布氏硬度试验的优缺点代表性全面代表性全面 优点：优点：缺点：缺点：不适合要求迅速检定大量成品不适合要求迅速检定大量成品.试验数据稳定试验数据稳定试验数据从小到大可以统一试验数据从小到大可以统一合金球本身变形问题合金球本身变形问题 不宜于某些表面不允许有较大压痕的成品检验不宜于某些表面不允许有较大压痕的成品检验 不宜于薄件试验不宜于薄件试验 第70页/共94页第二节 洛氏硬度HRHR由顶角为由顶角为120120的金刚石圆锥体制成，的金刚石圆锥体制成，适于测定淬火钢材等较硬的材料。适于测

48、定淬火钢材等较硬的材料。洛洛氏氏硬硬度度的的压压头头硬质硬质软质软质 直径直径1.5875mm1.5875mm或或3.175mm3.175mm的硬质合金球的硬质合金球适于退火钢，有色金属等较软材料硬度适于退火钢，有色金属等较软材料硬度值的测定。值的测定。第71页/共94页洛氏硬度所加负荷根据被试金属本身硬软不等作不同洛氏硬度所加负荷根据被试金属本身硬软不等作不同规定，随不同压头和所加不同负荷的搭配出现了各种规定，随不同压头和所加不同负荷的搭配出现了各种称号的格氏硬度级，称号的格氏硬度级，如表如表所示。而洛氏硬度以所示。而洛氏硬度以压痕陷压痕陷凹深度凹深度t t作为计量硬度值的指标作为计量硬度值

49、的指标。第72页/共94页洛氏硬度的测量过程洛氏硬度的测量过程第73页/共94页洛氏硬度的优缺点洛氏硬度的优缺点优点优点缺点缺点适用各种不同硬质材料的检测适用各种不同硬质材料的检测压痕小不伤工件表面压痕小不伤工件表面操作迅速效率高操作迅速效率高硬度值无法统一硬度值无法统一缺乏代表性缺乏代表性第74页/共94页第三节 维氏硬度HVHV维氏硬度的测定原理和布氏硬度相同，也是根据应力值作为硬度值的计量标准。维氏硬度采用相对面夹角为136的正四棱锥体金刚石制成。第75页/共94页维氏硬度的优缺点维氏硬度的优缺点优点优点缺点缺点解决了布氏硬度中负载和压头直径的问题解决了布氏硬度中负载和压头直径的问题规定条件的约束规定条件的约束统一了硬度值统一了硬度值可以测量任何软硬的材料可以测量任何软硬的材料负荷大小可以任意选择负荷大小可以任意选择生产效率低生产效率低第76页/共94页第77页/共94页第78页/共94页第79页/共94页第80页/共94页第81页/共94页第82页/共94页第83页/共94页第84页/共94页第85页/共94页第86页/共94页第87页/共94页第88页/共94页第89页/共94页第90页/共94页第91页/共94页第92页/共94页第93页/共94页感谢您的观看。第94页/共94页