弯曲试验测定脆性材料抗弯强度的方法及其应用

弯曲试验不受试样偏斜的影响，可以稳定地测定脆性和低塑性材料的抗弯强度，同时用挠度表示塑性，能明显地显示脆性或低塑性材料的塑性。所以这种试验很适于评定脆性或低塑性材料，如铸铁、工具钢、渗碳钢、硬质合金及陶瓷等。另外，许多机件是在弯曲载荷下工作的，需要对这些机件的材料进行弯曲试验评定。弯曲试验具有试样形状简单（一般有圆形、正方形和矩形三种）、操作方便、不受试样偏斜影响等优点。

弯曲加载的应力状态，从受拉的一面看，基本上和静拉伸的应力状态相同。弯曲试验中常用两种加载方法，即三点弯曲法和四点弯曲法（图6-49），其弯矩图分别如图6-49a、b下方所示。三点弯曲加载时，由于支座中部施加集中载荷F，故中央处弯矩最大（其值为M=FL/4），该处易发生破断。三点弯曲时常伴随有横向切应力存在。四点弯曲时，弯矩呈梯形分布，形成一定宽度（两加载点距离l）等弯矩区，使试样处于纯弯曲的应力状态，故试验结果较准确。

根据弯矩M值，应用材料力学公式可以求出抗弯强度。对脆性材料，只求断裂时的抗弯强度：

式中 M——作用于试样的弯矩；

W——试样抗弯断面系数。

对于宽度为w、厚度为t的矩形试样，其抗弯强度为

三点弯曲：

四点弯曲：

图6-49 弯曲试验中的两种加载方法及弯矩分布

a）三点弯曲 b）四点弯曲(www.xing528.com)

退火、正火、调质等碳素结构钢或合金结构钢进行弯曲试验时，通常达不到破坏程度，它们的载荷F与挠度f曲线的最后部分可以任意延长（图6-50）。因此除特殊需要外，对这些塑性金属材料通常不进行弯曲试验，而仍采用拉伸试验。

图6-50 弯曲载荷变形曲线

对于脆性材料或低塑性材料来说，静弯曲试验不存在静拉伸时的所谓试样偏斜对试验结果的影响问题，因此在材质和工艺检验中得到广泛的应用，特别是在铸铁及工具钢的性能鉴定上。脆性材料的F-f曲线如图6-51所示。

图6-51 脆性材料的F-f曲线

1—工具钢 2—轴承钢 3—铸钢 4—铸造铝合金 5—铸造镁合金

弯曲试验较多地用于铸铁的原因是铸件的强度主要取决于表面部分的组织状态，而铸件表面的石墨化程度最小，硬度最高，而弯曲试验由于表面应力最大，故对表面性能十分敏感。铸铁弯曲试验一般采用三点弯曲加载，试样浇注直径为ϕ30mm，长650mm或340mm，表面保持原铸态状不加工。试验支座跨距为600mm或300mm，其挠度分别用f₆₀₀和f₃₀₀表示。

由于弯曲试验对表面缺陷比较敏感，所以常用它来比较和鉴定渗碳等表面化学热处理、高频感应淬火等表面处理的零件的材料质量和表层强度等性能的差异。

对于普通碳素钢及低合金钢板、管、线、型材等弯曲试验，可参考有关标准。

金属弯曲试验方法在GB/T 232—2010中有详细规定。