第二章 材料在其它靜載下力學(xué)性能

1、第二章第二章其他靜加載下的力學(xué)性能其他靜加載下的力學(xué)性能2021-10-192u利用力學(xué)模型建立試驗(yàn)方法，可以得到的主要指標(biāo)：利用力學(xué)模型建立試驗(yàn)方法，可以得到的主要指標(biāo)： 壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、硬度硬度和帶缺口試樣力學(xué)性能。和帶缺口試樣力學(xué)性能。單向靜拉伸能解單向靜拉伸能解決問題嗎？決問題嗎？u問題的提出u請以身邊例子說明材料或者構(gòu)件承受不同載荷、不同應(yīng)請以身邊例子說明材料或者構(gòu)件承受不同載荷、不同應(yīng)力狀態(tài)？力狀態(tài)？u結(jié)合工程力學(xué)知識，如何抽象其力學(xué)模型！結(jié)合工程力學(xué)知識，如何抽象其力學(xué)模型！2021-10-193u2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) u2.2 2

2、.2 扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能u2.3 2.3 缺口試樣靜載力學(xué)性缺口試樣靜載力學(xué)性 u2.4 2.4 硬度硬度u學(xué)習(xí)要求：掌握應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)的概念，熟悉應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；熟悉扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮測試方法及其測試的力學(xué)性能指標(biāo)的分析；熟悉缺口對應(yīng)力狀態(tài)的影響，了解缺口試樣的測試方法；了解硬度測試的物理意義、工程意義，熟悉幾種常用的硬度的測試方法。2021-10-194u教學(xué)重點(diǎn)：應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)的應(yīng)用；材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮、硬度指標(biāo)的物理意義以及測量方法；了解缺口對材料力學(xué)性能影響。u教學(xué)難點(diǎn)： 分析缺口對材料力學(xué)性能的影響。2021-10-195

3、u1、應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)概念u應(yīng)力狀態(tài)2021-10-196 u 式中 最大切應(yīng)力max按第三強(qiáng)度理論計(jì)算，最大正應(yīng)力Smax按第二強(qiáng)度理論計(jì)算。u2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)復(fù)習(xí)工程力學(xué)知復(fù)習(xí)工程力學(xué)知識，這為何識，這為何理論？理論？u應(yīng)力狀態(tài)系數(shù) 定義為： 2021-10-197從定義看出： 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)表示材料塑性變形的難易程度。 越大表示在該應(yīng)力狀態(tài)下切應(yīng)力分量越大，材料就越易塑性變形。 把 值較大的稱做軟的應(yīng)力狀態(tài)，值較小的稱做硬的應(yīng)力狀態(tài)。u2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)2021-10-1982、力學(xué)狀態(tài)圖 力學(xué)狀態(tài)圖以第二強(qiáng)度理論和第三強(qiáng)度理論

4、兩者的聯(lián)合為基礎(chǔ)，縱坐標(biāo)為按第三強(qiáng)度理論計(jì)算最大切應(yīng)力，橫坐標(biāo)為按第二強(qiáng)度理論計(jì)算最大正應(yīng)力。 自原點(diǎn)作不同斜率的直線，可代表應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)，這些直線的位置反映了應(yīng)力狀態(tài)對斷裂的影響。 返回返回u2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)2021-10-199u3.2 材料選擇、新材料開發(fā)試驗(yàn)方法的選擇 u3. 的應(yīng)用（討論的方式進(jìn)行）uA.脆性材料試驗(yàn)方法的選擇：為什么？uB.塑性材料試驗(yàn)方法：為什么？u2.1 2.1 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)u3.1材料、構(gòu)件性能檢測分析（以實(shí)際工況為依據(jù)選擇，做分析可以做試驗(yàn)設(shè)計(jì)）2021-10-1910u3.3 實(shí)際構(gòu)件在設(shè)計(jì)、使用中改變應(yīng)

5、力狀態(tài)，控制塑性變形大?。ū热?，大理石使用、深海海底的巖石、鋼球體放入沸騰鋼球體放入沸騰的熱油中的熱油中,將引起爆裂將引起爆裂）u思考：1.如何利用科學(xué)的試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理方法表現(xiàn)新材料的優(yōu)越性能？1 、應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)一、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)u2.2 2.2 扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能切應(yīng)力切應(yīng)力 切應(yīng)變切應(yīng)變u在彈性變形范圍內(nèi)，材料力學(xué)給出了圓桿表面的切切應(yīng)力應(yīng)力計(jì)算公式如下 =M / W （3-1）式中M為扭矩；W為截面系數(shù)。對于實(shí)心圓桿，Wd0316；對于空心圓桿,W=d03(1-d14/d04)16,其中d0為外徑，d1為內(nèi)徑。因切應(yīng)力作用而在圓桿表面產(chǎn)生的切應(yīng)變切應(yīng)變

6、為=tg=d0/2L0100 （3-2）式中為圓桿表面任一平行于軸線的直線因的作用而轉(zhuǎn)動的角度,見圖3-1(a)；為扭轉(zhuǎn)角; L0為桿的長度。標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：GB10128-88GB10128-88金屬室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法金屬室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)采用圓柱形扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)采用圓柱形( (實(shí)心或空心實(shí)心或空心) )試件試件, , 在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。扭轉(zhuǎn)試件如圖扭轉(zhuǎn)試件如圖3-23-2所示所示( (略略), ), 標(biāo)距為標(biāo)距為100mm100mm；有時也采用標(biāo)距為；有時也采用標(biāo)距為50mm50mm的短試件。的短試件。2 2 、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)及測定的力學(xué)性能、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)及測定的力學(xué)性能利用扭轉(zhuǎn)圖，

7、確定材料的切變模量利用扭轉(zhuǎn)圖，確定材料的切變模量G G，扭轉(zhuǎn)比例極限，扭轉(zhuǎn)比例極限p p, , 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度0.30.3, , 和抗扭強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度切變模量切變模量u G =/=32Ml0(d04) 3-3)u扭轉(zhuǎn)比例極限pup=Mp/W (3-4)u式中Mp為扭轉(zhuǎn)曲線開始偏離直線時的扭矩。u扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度0.3u0.3 = M0.3 /W (3-5)u式中M0.3為殘余扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)?.3%時的扭矩。抗扭強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度 b b=M=Mb b/W/W (3-6) (3-6)式中式中MMb b為試件斷裂前的最大扭矩。為試件斷裂前的最大扭矩。u扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用u(1)

8、扭轉(zhuǎn)時應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)較大，因而可用于測定那些在拉伸時表現(xiàn)為脆性的材料，如淬火低溫回火工具鋼的塑性。u(2)圓柱試件在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時，整個長度上的塑性變形始終是均勻的，其截面及標(biāo)距長度基本保持不變，不會出現(xiàn)靜拉伸時試件上發(fā)生的頸縮現(xiàn)象。因此，可用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)精確地測定高塑性材料的變形抗力和變形能力，而這在單向拉伸或壓縮試驗(yàn)時是難以做到的。u(3)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可以明確地區(qū)分材料的斷裂方式，正斷或切斷。(4)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時，試件截面上的應(yīng)力應(yīng)變分布表明，它將對金屬表面缺陷顯示很大的敏感表面缺陷顯示很大的敏感性性因此，可利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)研究或檢驗(yàn)工件熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化工藝的效果。(5)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時，試件受到

9、較大的切應(yīng)力，因而還被廣泛地應(yīng)用于研究有關(guān)初始塑性變形的非同時性的問題，如彈性后效、彈性滯后以及內(nèi)耗等 綜上所述，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可用于測定塑性材料和脆性材料綜上所述，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可用于測定塑性材料和脆性材料的剪切變形和斷裂的全部力學(xué)性能指標(biāo)，并且還有著其它的剪切變形和斷裂的全部力學(xué)性能指標(biāo)，并且還有著其它力學(xué)性能試驗(yàn)方法所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)在力學(xué)性能試驗(yàn)方法所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)在科研和生產(chǎn)檢驗(yàn)中得到較廣泛地應(yīng)用。科研和生產(chǎn)檢驗(yàn)中得到較廣泛地應(yīng)用。 然而，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在某些情況下也會變?yōu)槿欢?，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在某些情況下也會變?yōu)槿秉c(diǎn)，例如，由于扭轉(zhuǎn)試件中表面切應(yīng)力大，越

10、往心部切缺點(diǎn)，例如，由于扭轉(zhuǎn)試件中表面切應(yīng)力大，越往心部切應(yīng)力越小，當(dāng)表層發(fā)生塑性變形時，心部仍處于彈性狀態(tài)應(yīng)力越小，當(dāng)表層發(fā)生塑性變形時，心部仍處于彈性狀態(tài)( (見圖見圖3-1(c)3-1(c)。因此，很難精確地測定表層開始塑性變形。因此，很難精確地測定表層開始塑性變形的時刻，故用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)難以精確地測定材料的微量塑性變的時刻，故用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)難以精確地測定材料的微量塑性變形抗力。形抗力。三、三、 彎曲試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)1、彎曲試驗(yàn)方法（GB/T14452-93）金屬彎曲力學(xué)性能試驗(yàn)方法 通常用彎曲試件的最大撓度通常用彎曲試件的最大撓度f fmaxmax表表征材料的變形性能。試驗(yàn)時，在試征材料的變形性能

11、。試驗(yàn)時，在試件跨距的中心測定撓度，繪成件跨距的中心測定撓度，繪成P-fP-fmaxmax關(guān)系曲線，稱為彎曲圖。圖關(guān)系曲線，稱為彎曲圖。圖2-62-6表示表示三種不同材料的彎曲圖。三種不同材料的彎曲圖。圖2-6 典型的彎曲圖，（a）塑性材料，（b）中等塑性材料，（c）脆性材料u對于脆性材料，可根據(jù)彎曲圖(見圖2-6(c)，用下式求得抗彎強(qiáng)度bb bb=Mb/Wu式中Mb為試件斷裂時的彎矩，W為截面抗彎系數(shù)，可根據(jù)彎曲圖上的最大載荷Pb,按下式計(jì)算：u對三點(diǎn)彎曲試件: Mb=PbL4. u對四點(diǎn)彎曲試件: Mb=PbK22 2、彎曲試驗(yàn)的應(yīng)用彎曲試驗(yàn)的應(yīng)用u用于測定灰鑄鐵的抗彎強(qiáng)度，灰鑄鐵的彎曲

12、試件一般采用鑄態(tài)毛坯圓柱試件。u用于測定硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度，硬質(zhì)合金由于硬度高，難以加工成拉伸試件，故常做彎曲試驗(yàn)以評價(jià)其性能和質(zhì)量。u陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度測定。四、四、 壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)u1 、單向壓縮試驗(yàn)（GB7314-87金屬壓縮試驗(yàn)方法）u單向壓縮時應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)大，故用于測定脆性材料，如鑄鐵、軸承合金、水泥和磚石等的力學(xué)性能。u由于壓縮時的應(yīng)力狀態(tài)較軟，故在拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲試驗(yàn)時不能顯示的力學(xué)行為，而在壓縮時有可能獲得。u壓縮可以看作是反向拉伸。因此，拉伸試驗(yàn)時所定義的各個力學(xué)性能指標(biāo)和相應(yīng)的計(jì)算公式，在壓縮試驗(yàn)中基本上都能應(yīng)用。圖圖2-7 2-7 壓縮載荷變形曲線壓縮載荷變形曲線

13、,1-,1-塑性材料，塑性材料，2-2-脆性材料脆性材料u根據(jù)壓縮曲線，可以求出壓縮強(qiáng)度和塑性指標(biāo)。對于低塑性和脆性材料，一般只測抗壓強(qiáng)度bc，相對壓縮ck和相對斷面擴(kuò)展率ck。u 抗壓強(qiáng)度bc bc=Pbc/A0 (3-13)u相對壓縮ck ck=(h0-hk)/h0100 (3-14)u相對斷面擴(kuò)脹展率ck ck=(Ak-A0)/A0100 (3-15)u式中Pbc為試件壓縮斷裂時的載荷;h0和hk分別為試件的原始高度和斷裂時的高度；A0和Ak分別為試件的原始截面積和斷裂時的截面積。u常用的壓縮試件為圓柱體。試件的高度和直徑之比h0d0應(yīng)取1.5-2.0。2021-10-1926第三節(jié)第三

14、節(jié) 缺口試樣靜載力學(xué)性能缺口試樣靜載力學(xué)性能 2021-10-1927一、缺口處的應(yīng)力分布特點(diǎn)及缺口效應(yīng)一、缺口處的應(yīng)力分布特點(diǎn)及缺口效應(yīng)1彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布 2021-10-19282021-10-19292021-10-19302塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布 在有缺口條件下，在有缺口條件下，由于出現(xiàn)了三向由于出現(xiàn)了三向應(yīng)力，試樣的屈應(yīng)力，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉服應(yīng)力比單向拉伸時要高，即產(chǎn)伸時要高，即產(chǎn)生了所謂缺口生了所謂缺口“強(qiáng)化強(qiáng)化”現(xiàn)現(xiàn)象缺口使塑性象缺口使塑性材料得到材料得到“強(qiáng)強(qiáng)化化”，這是缺口，這是缺口的第三個效應(yīng)的第三個效應(yīng)2021-10-193

15、11.缺口試樣的靜拉伸和偏斜拉伸缺口試樣的靜拉伸和偏斜拉伸 二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能 2021-10-19322021-10-19332021-10-19342缺口試樣靜彎曲缺口試樣靜彎曲 2021-10-1935 為某材料的缺口為某材料的缺口彎曲曲線，它反映了彎曲曲線，它反映了缺口試樣，缺口試樣， 變形和斷變形和斷裂的整個過程。若將該裂的整個過程。若將該負(fù)荷負(fù)荷-變形曲線所包圍的變形曲線所包圍的面積分為三部分：彈性面積分為三部分：彈性變形區(qū)變形區(qū)I、塑性變形區(qū)、塑性變形區(qū)和斷裂區(qū)和斷裂區(qū)，則各區(qū)，則各區(qū)所占面積分別為彈性功、所占面積分別為彈性功、塑性功

16、和斷裂功。塑性功和斷裂功。 2021-10-1936 缺口試樣的拉伸試驗(yàn)，用于測定拉伸條件下材料對缺口的敏感性，衡量在硬性應(yīng)力狀態(tài)(0.5)和應(yīng)力集中條件下材料的脆化傾向。試驗(yàn)時常用試樣的抗拉強(qiáng)度 bN與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度 的比值作為材料的缺口敏感性指標(biāo)，并稱為缺口敏感度，用q或NSR(notch-sensitivity-ratio)表示 qe bN/ (214)三、材料缺口敏感度及其影響因素三、材料缺口敏感度及其影響因素 2021-10-1937 對脆性材料，對脆性材料，qe永遠(yuǎn)小于永遠(yuǎn)小于1，表明缺口處尚未，表明缺口處尚未發(fā)生明顯塑性變形就已發(fā)生脆性斷裂。高強(qiáng)度材發(fā)生明顯塑性變形

17、就已發(fā)生脆性斷裂。高強(qiáng)度材料的料的qe一般小于一般小于1，缺口不太尖銳的塑性材料，缺口不太尖銳的塑性材料，拉伸時可能產(chǎn)生塑性變形，此時拉伸時可能產(chǎn)生塑性變形，此時qe總會大于總會大于1。總的來講，無論是塑性材料還是脆性材料，其比總的來講，無論是塑性材料還是脆性材料，其比值值q越大，缺口敏感性越大，缺口敏感性 越小。材料缺口敏感性越小。材料缺口敏感性除與材料本身性能、應(yīng)力狀態(tài)除與材料本身性能、應(yīng)力狀態(tài)(加載方式加載方式)有關(guān)外，有關(guān)外，還與缺口形狀、尺寸、試驗(yàn)溫度有關(guān)。還與缺口形狀、尺寸、試驗(yàn)溫度有關(guān)。第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度 古時，利用固體互相刻劃來區(qū)分材料的軟硬，古時，利用固體互相刻劃來區(qū)分材

18、料的軟硬，目前還沒有統(tǒng)一而確切的關(guān)于硬度的目前還沒有統(tǒng)一而確切的關(guān)于硬度的物理定義物理定義。 硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學(xué)性能。硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學(xué)性能。 硬度值大小取決于材料的性質(zhì)、成分和顯微組織，硬度值大小取決于材料的性質(zhì)、成分和顯微組織，測量方法和條件不符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)就不能反映真實(shí)測量方法和條件不符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)就不能反映真實(shí)硬度。硬度測定簡便，造成的表面損傷小。硬度。硬度測定簡便，造成的表面損傷小。 測定硬度的方法很多，主要有壓入法，回跳法和測定硬度的方法很多，主要有壓入法，回跳法和刻劃法三大類?？虅澐ㄈ箢?。前言前言布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì)一、布氏硬度試驗(yàn)方法一、布氏硬度試驗(yàn)方

19、法 施加壓力施加壓力P,P,壓頭直徑壓頭直徑D, D, 壓痕深度壓痕深度h h或直徑或直徑d,d,計(jì)算出布氏硬度值，單位為計(jì)算出布氏硬度值，單位為kgf/mmkgf/mm2 2 。 公式表明，當(dāng)壓力和壓頭直徑一定時，壓痕公式表明，當(dāng)壓力和壓頭直徑一定時，壓痕直徑越大，布氏硬度值越低，即變形抗力越小；直徑越大，布氏硬度值越低，即變形抗力越?。环粗?，布氏硬度值越高。反之，布氏硬度值越高。壓頭為淬火鋼球，壓頭為淬火鋼球，HBSHBS；壓頭為硬質(zhì)合金球，；壓頭為硬質(zhì)合金球，HBWHBWHBSHBS或或HBWHBW之前的數(shù)字表示硬度值，其后的數(shù)字依之前的數(shù)字表示硬度值，其后的數(shù)字依次為壓頭直徑、壓力和保

20、持時間。次為壓頭直徑、壓力和保持時間。例：例：150HBSl0150HBSl0300030003030表示用表示用10mm10mm直徑淬火鋼直徑淬火鋼球，加壓球，加壓3000kgf3000kgf，保持，保持30s30s，測得的布氏硬度值，測得的布氏硬度值為為150150；500HBW5500HBW5750750，表示用硬質(zhì)合金球，壓頭，表示用硬質(zhì)合金球，壓頭直輕直輕5mm5mm，加壓，加壓750kgf750kgf，保持，保持10-1510-15秒，測得布氏秒，測得布氏硬度值為硬度值為500500。 由于不同材料的硬度不同，試件的厚度不同，由于不同材料的硬度不同，試件的厚度不同，測定布氏硬度時需

21、選用不同直徑的壓頭和壓力。測定布氏硬度時需選用不同直徑的壓頭和壓力。要在同一材料上測得相同的布氏硬度，或在不同要在同一材料上測得相同的布氏硬度，或在不同的材料上測得的硬度可以相互比較，壓痕的形狀的材料上測得的硬度可以相互比較，壓痕的形狀必須幾何相似，壓入角應(yīng)相等。布氏硬度相同時，必須幾何相似，壓入角應(yīng)相等。布氏硬度相同時，要保證壓入角相等，則要保證壓入角相等，則P/DP/D2 2應(yīng)為常數(shù)。應(yīng)為常數(shù)。 國標(biāo)國標(biāo)GB231-84GB231-84根據(jù)材料的種類及布氏硬度范根據(jù)材料的種類及布氏硬度范圍，規(guī)定了圍，規(guī)定了7 7種種P/D2P/D2之值之值。2021-10-1944壓頭直徑選定壓頭直徑選定

22、: : 試件的厚度應(yīng)大于壓痕深度的試件的厚度應(yīng)大于壓痕深度的1010倍。盡倍。盡可能選用大直徑的壓頭。可能選用大直徑的壓頭。 測試加載壓力與試件表面垂直，均勻平測試加載壓力與試件表面垂直，均勻平穩(wěn)，無沖擊。穩(wěn)，無沖擊。 壓力作用下的保持時間有規(guī)定，對黑色壓力作用下的保持時間有規(guī)定，對黑色金屬應(yīng)為金屬應(yīng)為1010秒，有色金屬為秒，有色金屬為3030秒，對秒，對HBHB3535的材料為的材料為6060秒。秒。布氏硬度的特點(diǎn)和適用范圍u壓痕面積大，能反映出較大范圍內(nèi)材料各組成相的綜合平均性能，不受個別相和微區(qū)不均勻性的影響。布氏硬度分散性小，重復(fù)性好u適合于測定粗大晶?；虼执蠼M成相的材料的硬度，象灰

23、鑄鐵和軸承合金等。u壓痕較大，不宜在實(shí)際零件表面、薄壁件、表面硬化層上測定布氏硬度。u需更換壓頭和載荷，同時壓頭直徑的測量也較麻煩。u淬火鋼球作壓頭，測定HB450的材料的硬度；u硬質(zhì)合金球作壓頭，測定的硬度可達(dá)650HB二、洛氏硬度試驗(yàn)方法二、洛氏硬度試驗(yàn)方法u洛氏硬度是直接測量壓痕深度，壓痕愈淺表示材料愈硬u常用的壓頭：u頂角為1200的金剛石圓錐體u直徑為1.588mm(116英寸)的鋼球壓頭h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)常用A、B和C三種標(biāo)尺，C標(biāo)尺最普遍。用這三種標(biāo)尺的硬度記為HRA、HRB和HRC：HRA用于測量高硬度材料, 如硬質(zhì)合金、表淬層和

24、滲碳層。HRB用于測量低硬度材料, 如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。測定測定HRCHRC采用金剛石壓頭。采用金剛石壓頭。u先加先加10kgf10kgf預(yù)載，壓入材料表面的深度為預(yù)載，壓入材料表面的深度為t0t0，調(diào)整表盤上的指針指向零點(diǎn)調(diào)整表盤上的指針指向零點(diǎn)( (見圖見圖4-3(a)4-3(a)。u然后再加上然后再加上140kgf140kgf主載荷，壓頭壓入表面的主載荷，壓頭壓入表面的深度為深度為t1t1，表盤上的指針逆時針方向轉(zhuǎn)到相，表盤上的指針逆時針方向轉(zhuǎn)到相應(yīng)的刻度應(yīng)的刻度( (見圖見圖4-3(b)4-3(b)。卸除主載荷以后，表面變形中的彈

25、性部分將回復(fù)，卸除主載荷以后，表面變形中的彈性部分將回復(fù)，壓頭將回升一段距離，即壓頭將回升一段距離，即(t1-t)(t1-t)，表盤上的指針，表盤上的指針將相應(yīng)地回轉(zhuǎn)將相應(yīng)地回轉(zhuǎn)( (見圖見圖4-3(c)4-3(c)。最后，在試件表面留下的殘余壓痕深度為最后，在試件表面留下的殘余壓痕深度為t t。為符合人的思維，即數(shù)值越大越硬，規(guī)定：為符合人的思維，即數(shù)值越大越硬，規(guī)定：t t0.2mm0.2mm時時,HRC,HRC0 0；t t0,HRC0,HRC100100，壓痕深度每增，壓痕深度每增0.002mm, HRC0.002mm, HRC降低降低1 1個單位。于是有個單位。于是有 HRCHRC(

26、0.2-t)(0.2-t)0.0020.002（100-t100-t）0.0020.002 圖圖4-3 4-3 洛氏硬度試驗(yàn)過程的示意圖洛氏硬度試驗(yàn)過程的示意圖洛氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用洛氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：u因?yàn)橛捕戎悼蓮挠捕葯C(jī)的表盤上直接讀出，故測定洛氏硬度更為簡便迅速,工效高；u對試件表面造成的損傷較小，可用于成品零件的質(zhì)量檢驗(yàn)；u因加有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對試驗(yàn)結(jié)果的影響。缺點(diǎn):不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無法相互比較。由于壓痕小，所以洛氏硬度對材料組織不均勻性很敏感，測試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差.三、表面洛氏硬度試驗(yàn)方法三、表面洛氏硬度試驗(yàn)方法u洛氏硬度施加的壓力大，不宜用于

27、測定極薄的工件和表面硬化層.發(fā)展了表面洛氏硬度試驗(yàn)。u與普通洛氏硬度主要不同點(diǎn)：u1）預(yù)載荷為3kgf(29.42N)，總載荷比較小,分別為15kgf,30kgf和45kgf(441.3N)u2）取t0.1mm時的洛氏硬度為零，深度每增大0.001mm,表面洛氏硬度降低一個單位。四、四、 維氏硬度試驗(yàn)方法維氏硬度試驗(yàn)方法維氏硬度計(jì)維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕 維氏硬度測定的原理與方法基本上與布氏硬維氏硬度測定的原理與方法基本上與布氏硬度的相同，根據(jù)單位壓痕表面積上所承受的壓力度的相同，根據(jù)單位壓痕表面積上所承受的壓力來定義硬度值。測定維氏硬度所用的壓頭為金

28、剛來定義硬度值。測定維氏硬度所用的壓頭為金剛石制成的四方角錐體，兩相對面間的夾角為石制成的四方角錐體，兩相對面間的夾角為136136，所加的載荷較小。所加的載荷較小。已知載荷已知載荷P P，測得壓痕兩對角線長度后取平均，測得壓痕兩對角線長度后取平均值值d d，計(jì)算維氏硬度值，單位為，計(jì)算維氏硬度值，單位為kgf/mmkgf/mm2 2 HV=1.8544P/d HV=1.8544P/d2 2 u維氏硬度的表示方法與布氏硬度的相同：維氏硬度的表示方法與布氏硬度的相同：u例：例：640HV30640HV302020，最前數(shù)字為硬度值，最前數(shù)字為硬度值，后面數(shù)字依次為載荷后面數(shù)字依次為載荷/ /保持

29、時間。保持時間。維氏硬度的特點(diǎn)和應(yīng)用維氏硬度的特點(diǎn)和應(yīng)用 維氏硬度測試采用了四方角錐體壓頭，各種維氏硬度測試采用了四方角錐體壓頭，各種載荷作用下所得的壓痕幾何相似，載荷大小任意載荷作用下所得的壓痕幾何相似，載荷大小任意選擇，所得硬度值均相同。選擇，所得硬度值均相同。 測量范圍較寬，軟硬材料都可測。測量范圍較寬，軟硬材料都可測。壓痕為一輪廓清晰的正方形，對角線長度易壓痕為一輪廓清晰的正方形，對角線長度易于精確測量，故精度較布氏法的高。于精確測量，故精度較布氏法的高。 效率低，壓痕面積小，代表性差。效率低，壓痕面積小，代表性差。五、顯微硬度試驗(yàn)方法五、顯微硬度試驗(yàn)方法u布、洛及維氏三種硬度試驗(yàn)只能

30、測得組織的平均硬度值u測定極小范圍內(nèi)的硬度，需用顯微硬度試驗(yàn)，例如某個晶粒，某個組成相或夾雜物的硬度u顯微硬度試驗(yàn)一般是指測試載荷小于200g力的硬度試驗(yàn)，常用的有顯微維氏硬度和努氏硬度顯微維氏硬度顯微維氏硬度 顯微維氏硬度試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上就是小載荷的維顯微維氏硬度試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上就是小載荷的維氏硬度試驗(yàn)，其測試原理和維氏硬度試驗(yàn)相同，氏硬度試驗(yàn)，其測試原理和維氏硬度試驗(yàn)相同，仍用仍用HVHV表示。表示。 測試載荷小，載荷與壓痕之間的關(guān)系不一測試載荷小，載荷與壓痕之間的關(guān)系不一定像維氏硬度試驗(yàn)符合幾何相似原理，必須注定像維氏硬度試驗(yàn)符合幾何相似原理，必須注明載荷大小，以便比較。明載荷大小，以便比較。u如如

31、340HV0.1340HV0.1表示用表示用0.1kgf0.1kgf的載荷測得的維氏顯微的載荷測得的維氏顯微硬度為硬度為340340，u340HV0.05340HV0.05則是表示用則是表示用0.05kgf0.05kgf的載荷測得的硬度的載荷測得的硬度為為340.340.小負(fù)荷維氏硬度小負(fù)荷維氏硬度計(jì)計(jì)顯微維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)顯微硬度試驗(yàn)特點(diǎn)及應(yīng)用顯微硬度試驗(yàn)特點(diǎn)及應(yīng)用 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1 1）載荷小，壓痕極小，幾乎不損壞試）載荷小，壓痕極小，幾乎不損壞試 件，便于測定微小區(qū)域內(nèi)的硬度值。件，便于測定微小區(qū)域內(nèi)的硬度值。 2 2）靈敏度高。）靈敏度高。2021-10-1963 強(qiáng)度理論復(fù)習(xí)（

32、工程力學(xué)）強(qiáng)度理論復(fù)習(xí)（工程力學(xué)）材料因強(qiáng)度不足而引起失效材料因強(qiáng)度不足而引起失效,主要主要取決于：取決于：1.材料本身的性質(zhì)，材料本身的性質(zhì)，包括塑性材料和脆性材料：包括塑性材料和脆性材料：單向拉伸試驗(yàn)單向拉伸試驗(yàn)塑性材料出現(xiàn)屈服，塑性材料出現(xiàn)屈服，s脆性材料突然斷裂脆性材料突然斷裂b2021-10-1964復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時：復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時：1、2、 3 之間有任意比值，不可能通過做之間有任意比值，不可能通過做所有情況的試驗(yàn)來確定其極限應(yīng)力值。所有情況的試驗(yàn)來確定其極限應(yīng)力值。簡單應(yīng)力狀態(tài)簡單應(yīng)力狀態(tài)直接通過試驗(yàn)結(jié)果建立：直接通過試驗(yàn)結(jié)果建立：單向拉壓：單向拉壓： 純剪切：純剪切： 2.材料的

33、受力狀態(tài)，包括簡單應(yīng)力狀態(tài)，復(fù)材料的受力狀態(tài)，包括簡單應(yīng)力狀態(tài)，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)雜應(yīng)力狀態(tài)2021-10-1965強(qiáng)度理論的基本思想強(qiáng)度理論的基本思想 ：1)確認(rèn)引起材料失效存在共同的力學(xué)原因，提出關(guān)于確認(rèn)引起材料失效存在共同的力學(xué)原因，提出關(guān)于這一共同力學(xué)原因的假設(shè)；這一共同力學(xué)原因的假設(shè)；2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中標(biāo)準(zhǔn)試件在簡單受力情況下的根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中標(biāo)準(zhǔn)試件在簡單受力情況下的破壞實(shí)破壞實(shí)驗(yàn)（如拉伸）結(jié)果驗(yàn)（如拉伸）結(jié)果，建立建立起材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下共起材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下共同遵循的彈性同遵循的彈性失效準(zhǔn)則和強(qiáng)度條件失效準(zhǔn)則和強(qiáng)度條件。3)基本力學(xué)原因假設(shè)：基本力學(xué)原因假設(shè)：脆性斷裂和塑性屈服脆性斷裂

34、和塑性屈服兩類失效兩類失效形式形式2021-10-1966脆性斷裂脆性斷裂最大拉應(yīng)力理論、最大伸長線應(yīng)變理論最大拉應(yīng)力理論、最大伸長線應(yīng)變理論屈服失效屈服失效最大切應(yīng)力理論、畸變能密度理論最大切應(yīng)力理論、畸變能密度理論材料破壞材料破壞2021-10-1967一、最大拉應(yīng)力（第一強(qiáng)度）理論：一、最大拉應(yīng)力（第一強(qiáng)度）理論： 認(rèn)為構(gòu)件的斷裂是由最大拉應(yīng)力引起的。當(dāng)最大拉認(rèn)為構(gòu)件的斷裂是由最大拉應(yīng)力引起的。當(dāng)最大拉應(yīng)力達(dá)到單向拉伸的強(qiáng)度極限時，構(gòu)件就斷了。應(yīng)力達(dá)到單向拉伸的強(qiáng)度極限時，構(gòu)件就斷了。1、破壞判據(jù)：、破壞判據(jù)：0)( ; 11 b2、強(qiáng)度準(zhǔn)則：、強(qiáng)度準(zhǔn)則： 0)( ; 11 3、實(shí)用范圍

35、：適用于破壞形式為脆斷的構(gòu)件。、實(shí)用范圍：適用于破壞形式為脆斷的構(gòu)件。 2021-10-1968 試驗(yàn)證明，這一理論與鑄鐵、巖石、砼、陶瓷、試驗(yàn)證明，這一理論與鑄鐵、巖石、砼、陶瓷、玻璃等玻璃等脆性材料脆性材料的拉斷試驗(yàn)結(jié)果相符，這些材料在軸的拉斷試驗(yàn)結(jié)果相符，這些材料在軸向拉伸時的斷裂破壞發(fā)生于拉應(yīng)力最大的橫截面上。向拉伸時的斷裂破壞發(fā)生于拉應(yīng)力最大的橫截面上。脆性材料的扭轉(zhuǎn)破壞，也是沿拉應(yīng)力最大的斜面發(fā)生脆性材料的扭轉(zhuǎn)破壞，也是沿拉應(yīng)力最大的斜面發(fā)生斷裂，這些都與最大拉應(yīng)力理論相符，但這個理論沒斷裂，這些都與最大拉應(yīng)力理論相符，但這個理論沒有考慮其它兩個主應(yīng)力的影響。有考慮其它兩個主應(yīng)力的影響。2021-10-1969二、最大伸長線應(yīng)變（第二強(qiáng)度）理論：二、最大伸長線應(yīng)變（第二強(qiáng)度）理論： 認(rèn)為構(gòu)件斷裂是由最大拉應(yīng)力引起的。當(dāng)最大伸長認(rèn)為構(gòu)件斷裂是由最大拉應(yīng)力引起的。當(dāng)最大伸長線應(yīng)變達(dá)到單向拉伸試驗(yàn)下的極限應(yīng)變時，構(gòu)件斷裂。線應(yīng)變達(dá)到單向拉伸試驗(yàn)下的極限應(yīng)變時，構(gòu)件斷裂。1、破壞判據(jù)：、破壞判據(jù)：0)( ;