试验：缺口拉伸与偏斜拉伸的比较

生产上绝大多数机件或构件都不是截面均匀、无变化的光滑体，而是存在截面变化的，如键槽、油孔、台阶、螺纹及退刀槽等，这种截面的变化可以简称为缺口。由于缺口的存在，会使静拉伸时的力学行为发生变化。

6.2.6.1 缺口效应

由于缺口的存在会引起以下一些效应：

图6-37 缺口试样拉伸时最小截面上的应力分布

（1）缺口引起应力集中，使缺口顶端的最大应力大于该截面上的平均应力，如图6-37所示。图6-37中R_l为轴向应力，R_t为切向应力，R_r为径向应力。为了描写应力集中情况，采用缺口截面上的最大轴向应力R_lmax和该截面积的平均应力R_m之比，称为应力集中系数K_l，即

K_l=R_lmax/R_m （6-24）

（2）缺口的存在引起多轴应力状态。由图6-37可以看出，缺口拉伸时，不仅存在轴向应力，还存在切向应力和径向应力，即出现所谓多轴应力状态。由于这种多轴应力的存在，使抗拉强度升高，并使材料向脆性状态转化。

（3）缺口处局部应变速率增大。由于缺口的存在，使应变集中于缺口最小截面处很窄的范围内，而不是像光滑试样那样均匀地发生在整个标距的长度范围内，当试验机夹头移动速度恒定时，缺口处的应变速率远大于光滑试样。这种应变速率的增加也会导致材料向脆性状态转化。

6.2.6.2 缺口静拉伸试验

为了测定金属材料在静拉力下对缺口的敏感程度，要进行缺口拉伸试验。缺口的形状如图6-38所示。

图6-38 缺口的形状

缺口试样在拉伸过程中，在弹性状态下的应力分布如图6-37所示。当发生塑性变形后，将发生图6-39所示的变化。随着塑性变形的发展，塑性变形区逐步向中心发展，在塑性区与中心弹性区交界处出现最大应力，当这个最大应力超过材料断裂强度时，便在该处发生断裂。不难看出，若不发生塑性变形或很少发生塑性变形便断裂，则断裂起源于缺口根部表面。塑性越好，断裂源越向中心移动。

通常用缺口强度比ESR作为衡量静拉伸下缺口敏感指标，即

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式中 R_mE——表示缺口拉伸试样的抗拉强度。

图6-39 缺口试样塑性变形时的应力分布

通常的缺口拉伸试样形状如图6-40所示。

图6-40 缺口拉伸试样

一般认为，ESR＜1，即R_mE＜R_m，说明材料对缺口敏感。事实上表现为这种情况的金属并不多，大多为已知的所谓脆性材料，如铸铁、淬火加低温回火的高碳工具钢。绝大多数金属ESR＞1，这是因为只要缺口处发生少量塑料变形就可使ESR＞1，但这并不能说明金属对缺口不敏感。因此，单凭缺口拉伸试验，按ESR＞1来选材和制定工艺是不可靠的。

6.2.6.3 缺口偏斜拉伸试验

对于一些重要的承载螺钉，在制造安装和使用过程中，不可避免地存在因偏斜影响带来的附加弯曲。为此应当进行图6-41所示的缺口偏斜拉伸试验。

图6-41中垫圈4为具有一定倾斜角φ的垫圈，只要改变垫圈的角度即可改变试样偏斜角度。最常用偏斜角度为φ=4°或8°

图6-41 缺口偏斜拉伸试验装置

1—试样 2—螺纹夹头 3—试验机上夹头 4—垫圈

缺口偏斜拉伸试验可以更好地反映其服役条件与缺口偏斜拉伸试验条件相近的（如螺钉这类零件）静载缺口敏感度的差异。