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。