第4講金屬材料的性能

1、第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的性能金屬材料的性能v金屬材料的一般加工過程金屬材料的一般加工過程毛坯毛坯型材型材零件零件切削切削加工加工裝配裝配液態(tài)成形（鑄造）塑性成形（壓力加工）連接成形（焊接）熱處理熱處理形狀、尺寸、性能鑄鐵鑄鐵鑄鋼鑄鋼鋁錠鋁錠輔 助 材輔 助 材料料熱處理熱處理機(jī)械加工機(jī)械加工部件裝配部件裝配鑄鑄 造造鐵粉鐵粉碳粉碳粉粉 末 冶粉 末 冶金燒結(jié)金燒結(jié)粉末 冶 金粉末 冶 金件件鑄件鑄件鍛件鍛件鋼板鋼板沖沖 壓壓鉚、焊接鉚、焊接裝裝 配配油油 漆漆缸體缸體曲軸曲軸變速箱殼體變速箱殼體齒輪齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)變速器變速器轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)橋協(xié)作件、協(xié)作件、電器系統(tǒng)電器系統(tǒng) 輪胎輪胎其

2、它部件其它部件總裝配總裝配試試 車車汽汽 車車鋼材鋼材鍛鍛 造造圖例：汽車的一般生產(chǎn)過程圖例：汽車的一般生產(chǎn)過程v工程材料的主要加工方法工程材料的主要加工方法： （1）金屬的液態(tài)成型（鑄造生產(chǎn)）金屬的液態(tài)成型（鑄造生產(chǎn)） （2）金屬的塑性成型（壓力加工）金屬的塑性成型（壓力加工） （3）材料的連接成型（焊接生產(chǎn)）材料的連接成型（焊接生產(chǎn)） （ 4）切削加工）切削加工v產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程包括以下環(huán)節(jié)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程包括以下環(huán)節(jié)： 原材料運(yùn)輸、保管和準(zhǔn)備原材料運(yùn)輸、保管和準(zhǔn)備 生產(chǎn)的準(zhǔn)備生產(chǎn)的準(zhǔn)備 毛坯的制造毛坯的制造 零件的機(jī)械加工與熱處理零件的機(jī)械加工與熱處理 零件裝配成機(jī)器零件裝配成機(jī)器

3、機(jī)器的質(zhì)量檢查及運(yùn)行試驗(yàn)機(jī)器的質(zhì)量檢查及運(yùn)行試驗(yàn) 機(jī)器的油漆、包裝和入庫機(jī)器的油漆、包裝和入庫v工藝過程主要有工藝過程主要有 （1) 毛坯制造工藝過程毛坯制造工藝過程 （2) 機(jī)械加工工藝過程機(jī)械加工工藝過程 （3) 熱處理工藝過程熱處理工藝過程 （4) 裝配工藝過程裝配工藝過程v加工分為冷加工和熱加工兩種加工分為冷加工和熱加工兩種材料的表征材料的表征v現(xiàn)代材料科學(xué)在很大程度上依賴于對材料性能及其成分和顯微組織關(guān)系現(xiàn)代材料科學(xué)在很大程度上依賴于對材料性能及其成分和顯微組織關(guān)系的理解。因此，對材料性能的各種測試技術(shù)，對材料組織從宏觀到微觀的理解。因此，對材料性能的各種測試技術(shù)，對材料組織從宏觀到

4、微觀不同層次的表征構(gòu)成了材料科學(xué)與工程的一個(gè)重要部分，也是聯(lián)系材料不同層次的表征構(gòu)成了材料科學(xué)與工程的一個(gè)重要部分，也是聯(lián)系材料設(shè)計(jì)與制造工藝直到獲得具有滿意使用性能的材料之間的橋梁。設(shè)計(jì)與制造工藝直到獲得具有滿意使用性能的材料之間的橋梁。v在材料科學(xué)與工程四大要素在材料科學(xué)與工程四大要素“合成與制備、組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、使用性合成與制備、組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、使用性能能”之中，之中，性能檢測與表征技術(shù)通過組成與結(jié)構(gòu)在化學(xué)、物理學(xué)和環(huán)境性能檢測與表征技術(shù)通過組成與結(jié)構(gòu)在化學(xué)、物理學(xué)和環(huán)境科學(xué)基礎(chǔ)上與其它三大要素相互聯(lián)系與反饋，同樣構(gòu)成材料科學(xué)與工程科學(xué)基礎(chǔ)上與其它三大要素相互聯(lián)系與反饋，同樣構(gòu)成材料

5、科學(xué)與工程的關(guān)鍵共性技術(shù)的關(guān)鍵共性技術(shù)。 1、性能表征與檢測、性能表征與檢測v材料的性能是指材料在給定的一套條件下，當(dāng)某一條件發(fā)生變化時(shí)，材材料的性能是指材料在給定的一套條件下，當(dāng)某一條件發(fā)生變化時(shí)，材料所產(chǎn)生的反應(yīng)料所產(chǎn)生的反應(yīng)。v對材料的性能測定需要建立一種廣義力和廣義位移的關(guān)系。當(dāng)關(guān)系為線對材料的性能測定需要建立一種廣義力和廣義位移的關(guān)系。當(dāng)關(guān)系為線性時(shí)，材料性能由線性常數(shù)表征性時(shí)，材料性能由線性常數(shù)表征，如彈性模量、熱容等。，如彈性模量、熱容等。當(dāng)關(guān)系偏離線當(dāng)關(guān)系偏離線性時(shí)性時(shí)，材料的性能需要由高階常數(shù)來描述，如光學(xué)晶體在強(qiáng)光照射下的，材料的性能需要由高階常數(shù)來描述，如光學(xué)晶體在強(qiáng)光照

6、射下的極化率。材料的傳輸性能與材料內(nèi)部參數(shù)的梯度所產(chǎn)生的流有關(guān)，由廣極化率。材料的傳輸性能與材料內(nèi)部參數(shù)的梯度所產(chǎn)生的流有關(guān)，由廣義力與所產(chǎn)生的流之間的比例常數(shù)來表征，如熱導(dǎo)率、擴(kuò)散系數(shù)等。義力與所產(chǎn)生的流之間的比例常數(shù)來表征，如熱導(dǎo)率、擴(kuò)散系數(shù)等。v新材料的發(fā)展還提出了新材料的發(fā)展還提出了一些難以用單項(xiàng)性能進(jìn)行評價(jià)的材料特征一些難以用單項(xiàng)性能進(jìn)行評價(jià)的材料特征。如金。如金屬材料的可焊性，材料的可加工性，高溫熔鹽氣氛下的腐蝕性能等。屬材料的可焊性，材料的可加工性，高溫熔鹽氣氛下的腐蝕性能等。2、顯微結(jié)構(gòu)表征、顯微結(jié)構(gòu)表征v顯微結(jié)構(gòu)表征顯微結(jié)構(gòu)表征包括觀察組織的形貌、確定其原子排列方式和分析包括

7、觀察組織的形貌、確定其原子排列方式和分析 其化學(xué)組分。其化學(xué)組分。v分析方法分析方法可按照觀察形貌的顯微鏡、測定結(jié)構(gòu)的衍射儀及分析成分可按照觀察形貌的顯微鏡、測定結(jié)構(gòu)的衍射儀及分析成分的各種譜儀進(jìn)行分類。的各種譜儀進(jìn)行分類。 1）形貌觀察）形貌觀察 2）結(jié)構(gòu)測定）結(jié)構(gòu)測定 3）化學(xué)組分分析）化學(xué)組分分析一、工程材料的主要性能一、工程材料的主要性能1、概述、概述v材料的性能材料的性能是指材料的性質(zhì)和功能。是指材料的性質(zhì)和功能。v性質(zhì)性質(zhì)是本身所具有的特質(zhì)或本性；是本身所具有的特質(zhì)或本性；v功能功能是人們對材料的某種期待與要求種可以承擔(dān)功效，以及是人們對材料的某種期待與要求種可以承擔(dān)功效，以及承擔(dān)

8、該功效下的表現(xiàn)或能力。承擔(dān)該功效下的表現(xiàn)或能力。v材料的性能材料的性能一般分為以下幾種：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)一般分為以下幾種：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能。性能和工藝性能。 2、材料的物理性能、材料的物理性能v材料的物理性能材料的物理性能是指材料本身的具有各種物理量是指材料本身的具有各種物理量(熱、電、熱、電、光、磁等光、磁等)以及環(huán)境變化時(shí)它們的變化程度。以及環(huán)境變化時(shí)它們的變化程度。v密度密度 密度是指單位體積物質(zhì)的質(zhì)量，單位是密度是指單位體積物質(zhì)的質(zhì)量，單位是kg/m3; M/V M：金屬的質(zhì)量（：金屬的質(zhì)量（kg）；）；V：金屬的體積：金屬的體積(m) 一般將密度小于一般

9、將密度小于5.010 kg/m的金屬稱為輕金屬；的金屬稱為輕金屬；密度大于密度大于5.010 kg/m的金屬稱為重金屬。的金屬稱為重金屬。v比容比容是指單位質(zhì)量的物質(zhì)所占的體積，單位是是指單位質(zhì)量的物質(zhì)所占的體積，單位是m3/kg。v導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 是指物體內(nèi)溫度梯度為是指物體內(nèi)溫度梯度為1/M時(shí)，在單位時(shí)間、單位面積內(nèi)傳遞時(shí)，在單位時(shí)間、單位面積內(nèi)傳遞的熱量，單位是的熱量，單位是W/(m.K)。 導(dǎo)熱率越大，導(dǎo)熱性越好。導(dǎo)熱率越大，導(dǎo)熱性越好。v熱膨脹性熱膨脹性: 金屬材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。金屬材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。熱膨脹性用線脹系數(shù)熱膨脹性

10、用線脹系數(shù)l和體脹系數(shù)和體脹系數(shù)V來表示。來表示。 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)是是指溫度上升指溫度上升1時(shí)，單位長度的伸長量，單位是時(shí)，單位長度的伸長量，單位是mm/(.mm)或或-1。 式中，式中，l為線脹系數(shù)（為線脹系數(shù)（1/K或或1/）；）；L1為膨脹前長度（為膨脹前長度（m）；）；L2為膨脹為膨脹后長度（后長度（m）；）；t為溫度變化量（為溫度變化量（K或或）。）。 lVltLLL3112v熔點(diǎn)熔點(diǎn)是指物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度，反映固態(tài)下原子間的結(jié)合力。是指物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度，反映固態(tài)下原子間的結(jié)合力。 易熔金屬：熔點(diǎn)低（錫、鉛等）如保險(xiǎn)絲材料；難熔金屬：熔點(diǎn)高（鎢、易熔金屬：熔點(diǎn)

11、低（錫、鉛等）如保險(xiǎn)絲材料；難熔金屬：熔點(diǎn)高（鎢、鉻等）如白熾燈的燈絲材料。鉻等）如白熾燈的燈絲材料。v電阻與電導(dǎo)電阻與電導(dǎo)：電阻率電阻率 為單位長度和單位截面積導(dǎo)體的電阻為單位長度和單位截面積導(dǎo)體的電阻,單位是單位是m，其倒數(shù)稱為電導(dǎo)率其倒數(shù)稱為電導(dǎo)率。 金屬傳導(dǎo)電流的能力。用電阻率來衡量金屬的導(dǎo)電性能導(dǎo)電性。金屬傳導(dǎo)電流的能力。用電阻率來衡量金屬的導(dǎo)電性能導(dǎo)電性。 金屬材料能夠傳導(dǎo)電流的能力稱導(dǎo)電性，通常用電導(dǎo)率來衡量，電導(dǎo)率金屬材料能夠傳導(dǎo)電流的能力稱導(dǎo)電性，通常用電導(dǎo)率來衡量，電導(dǎo)率越大，金屬材料導(dǎo)電性越好。越大，金屬材料導(dǎo)電性越好。 電阻溫度系數(shù)：溫度上升電阻溫度系數(shù)：溫度上升1時(shí)，

12、電阻率時(shí)，電阻率 的變化系數(shù)，單位的變化系數(shù)，單位-1 。 v導(dǎo)磁率導(dǎo)磁率：金屬所具有的導(dǎo)磁能力。是用于表征鐵合金、化合物：金屬所具有的導(dǎo)磁能力。是用于表征鐵合金、化合物(鐵氧體鐵氧體)的特有性能。的特有性能。常用金屬的物理性能常用金屬的物理性能金屬名稱金屬名稱 符號(hào)符號(hào) 密度密度熔點(diǎn)熔點(diǎn) 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率 線膨脹線膨脹 系數(shù)系數(shù) 電阻率電阻率 鋁鋁銅銅鐵鐵錫錫鎢鎢 AlCuFeSnWu 2.69848.967.877.29819.3 660.110831538231.913380 221.9393.575.462.8166.2 23.81711.762.34.6 2.6551.679.711.5

13、5.1 3、材料的化學(xué)性能、材料的化學(xué)性能 材料的化學(xué)性能是材料的化學(xué)性能是指材料在常溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)指材料在常溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力作用的能力。反映了材料與各種化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可。反映了材料與各種化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性和反應(yīng)速度大小的相關(guān)參數(shù)。能性和反應(yīng)速度大小的相關(guān)參數(shù)。 1）耐腐蝕性耐腐蝕性金屬抵抗氧、水蒸氣、酸、堿等介質(zhì)侵蝕金屬抵抗氧、水蒸氣、酸、堿等介質(zhì)侵蝕的能力。的能力。 2）熱安定性熱安定性金屬在高溫下對氧化的抵抗能力。金屬在高溫下對氧化的抵抗能力。 根據(jù)不同的工況選用不同的材料。根據(jù)不同的工況選用不同的材料。 4、材料的工藝性能、材料的工藝性能v工藝

14、性能定義工藝性能定義：材料的工藝性能是一種參量，用于表征材料的工藝性能是一種參量，用于表征材料適應(yīng)工藝而獲得規(guī)定性能和外形的能力。材料適應(yīng)工藝而獲得規(guī)定性能和外形的能力。v為了滿足材料性能的要求，就必然要控制材料的成分、為了滿足材料性能的要求，就必然要控制材料的成分、組織和結(jié)構(gòu)。組織和結(jié)構(gòu)。v人們總是企圖用在實(shí)驗(yàn)室測定的一些物理的、化學(xué)的或人們總是企圖用在實(shí)驗(yàn)室測定的一些物理的、化學(xué)的或力學(xué)的參量，來表征工藝性能力學(xué)的參量，來表征工藝性能。人們。人們采用兩種思路去表采用兩種思路去表征，一種是模擬，一種是抽象征，一種是模擬，一種是抽象(即從復(fù)雜工藝現(xiàn)象中，抽即從復(fù)雜工藝現(xiàn)象中，抽出主要的項(xiàng)目在實(shí)

15、驗(yàn)室測定出主要的項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)室測定)。v材料的工藝性能是材料力學(xué)、物理、化學(xué)性能的綜合表現(xiàn)。材料的工藝性能是材料力學(xué)、物理、化學(xué)性能的綜合表現(xiàn)。主要反映材料生產(chǎn)或零部件加工過程的可能性或難易程度。主要反映材料生產(chǎn)或零部件加工過程的可能性或難易程度。1）材料可生產(chǎn)性材料可生產(chǎn)性：得到材料可能性和制備方法。：得到材料可能性和制備方法。2）鑄造性鑄造性：將材料加熱得到熔體，注入較復(fù)雜的型腔后冷卻：將材料加熱得到熔體，注入較復(fù)雜的型腔后冷卻凝固，獲得零件的方法。例如：凝固，獲得零件的方法。例如：v流動(dòng)性流動(dòng)性：充滿型腔能力：充滿型腔能力v收縮率收縮率：縮孔數(shù)量的多少和分布特征：縮孔數(shù)量的多少和分布特征v

16、偏析傾向偏析傾向：材料成分的均勻性：材料成分的均勻性3） 鍛造性鍛造性：材料進(jìn)行壓力加工：材料進(jìn)行壓力加工(鍛造、壓延、軋制、拉拔、擠鍛造、壓延、軋制、拉拔、擠壓等壓等)的可能性或難易程度的度量。如：的可能性或難易程度的度量。如：v塑性變形能力：材料不破壞的前提下的最大變形量。塑性變形能力：材料不破壞的前提下的最大變形量。v塑性變形抗力：發(fā)生塑性變形所需要的最小外力。塑性變形抗力：發(fā)生塑性變形所需要的最小外力。4) 焊接性焊接性：利用部分熔體，將兩塊材料連接在一起，就是：利用部分熔體，將兩塊材料連接在一起，就是焊接焊接。在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程。在一定焊接工藝條件下，獲得

17、優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，就是焊接性能。如：度，就是焊接性能。如：v連接能力：焊接頭部位強(qiáng)度與母材的差別程度。連接能力：焊接頭部位強(qiáng)度與母材的差別程度。v焊接缺陷：焊接處出現(xiàn)氣孔、裂紋的可能性或母材變形程度。焊接缺陷：焊接處出現(xiàn)氣孔、裂紋的可能性或母材變形程度。5) 切削加工性切削加工性：材料進(jìn)行切削加工的難易程度。它與材料的種：材料進(jìn)行切削加工的難易程度。它與材料的種類、成分、硬度、韌性、導(dǎo)熱性等有關(guān)。類、成分、硬度、韌性、導(dǎo)熱性等有關(guān)。v切削抗力切削抗力v加工表面質(zhì)量加工表面質(zhì)量v排屑難易程度排屑難易程度v切削刀具的使用壽命切削刀具的使用壽命6) 熱處理性能熱處理性能：可以實(shí)施的熱處理方法和

18、材料在熱處理時(shí)性能：可以實(shí)施的熱處理方法和材料在熱處理時(shí)性能改變的程度。例如：改變的程度。例如：v淬透性淬透性v變形度變形度5、力學(xué)性能、力學(xué)性能v材料力學(xué)性能是指材料處于特定環(huán)境因素材料力學(xué)性能是指材料處于特定環(huán)境因素(溫度、介質(zhì)等溫度、介質(zhì)等)時(shí)，時(shí)，在外力或能量及其作用下表現(xiàn)出來的變形和破壞的特征。在外力或能量及其作用下表現(xiàn)出來的變形和破壞的特征。v機(jī)械性能或力學(xué)性能：材料在載荷作用下抵抗破壞的性能。機(jī)械性能或力學(xué)性能：材料在載荷作用下抵抗破壞的性能。 v金屬材料的機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能統(tǒng)稱為金屬材料金屬材料的機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能統(tǒng)稱為金屬材料的使用性能的使用性能 。金屬材

19、料使用性能的好壞，決定了它的使用范金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。圍與使用壽命。 v金屬材料的機(jī)械性能是零件的設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。金屬材料的機(jī)械性能是零件的設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。 拉伸試樣拉伸試樣長試樣：長試樣：L L0 0=10=10d d0 0短試樣：短試樣：L L0 0= =5 5d d0 0d0L0 力力- -拉拉 伸伸 曲曲 線線 FesbkFsFbO屈服屈服彈性彈性變形變形縮頸縮頸斷裂斷裂塑性塑性變形變形塑性變形塑性變形: :外力去除后不能外力去除后不能消失的變形消失的變形L強(qiáng)度硬度斷裂韌度疲勞衡量材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)衡量材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)塑性韌性

20、彈性彈性 ( elasticity )( elasticity )金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形, ,當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來形狀及尺寸的性能。原來形狀及尺寸的性能。 隨載荷撤除而消失的變形。隨載荷撤除而消失的變形。彈性極限彈性極限( elastic limit ): Fe 彈性極限載荷彈性極限載荷( N ) e ( M pa ) = S0 試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積( mm2) 彈性變形彈性變形( elastic deformation ):定義定義: 試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。 F b 試樣斷裂前的最

21、大載荷試樣斷裂前的最大載荷(N) b ( M Pa ) = S 0 試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積( mm2) 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 ( tensile strength )根據(jù)受力方向不同根據(jù)受力方向不同: 抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、 抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、 抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 、抗扭強(qiáng)度等。、抗扭強(qiáng)度等。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度( yield strength) :屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) S 條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度:規(guī)定殘余伸長應(yīng)力：規(guī)定殘余伸長應(yīng)力： 0.2 =F0.2 /S 0slF0.20.2%l0o Fs s ( M pa ) = S0試樣屈服時(shí)的載荷試樣屈服時(shí)的載荷( N )試試樣原始橫截

22、面積樣原始橫截面積( mm2) 衡量指標(biāo)衡量指標(biāo)1斷后伸長率斷后伸長率(延伸率延伸率) (specific elongation):指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量L 1與原始標(biāo)距與原始標(biāo)距L 0之比。之比。 L 1 L 0 = 100% L 0 10% 屬塑性材料屬塑性材料 塑性塑性 (plasticity): 指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。 塑性塑性 (plasticity): 衡量指標(biāo)衡量指標(biāo)2斷面收縮率斷面收縮率(percentage reduction in area):指試樣拉斷處橫截面積指試樣拉斷處

23、橫截面積S 1的收縮量與原始橫截面積的收縮量與原始橫截面積S0之比。之比。 S0 - S 1 = 100% S0硬度硬度( hardness )材料抵抗其它更硬物體材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力壓入其表面的能力 常用硬度試驗(yàn)方法：常用硬度試驗(yàn)方法：F 布氏硬度布氏硬度測試法測試法 洛氏硬度測試法洛氏硬度測試法 維氏硬度測試法維氏硬度測試法布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 布布 氏氏 硬硬 度度 試試 驗(yàn)驗(yàn) 原原 理理用一定直徑的壓頭（球體），用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測表面，以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測表面，保持規(guī)定時(shí)間卸載后，測量保持規(guī)定時(shí)間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此直材料表面壓

24、痕直徑，以此直徑對照布氏硬度表查得相應(yīng)徑對照布氏硬度表查得相應(yīng)硬度值。硬度值。布布 氏氏 硬硬 度度 試試 驗(yàn)驗(yàn) 原原 理理（1）壓頭材質(zhì)表示方法）壓頭材質(zhì)表示方法 淬火鋼球：淬火鋼球：HBS 硬質(zhì)合金鋼球：硬質(zhì)合金鋼球：HBW（2）布氏硬度值）布氏硬度值與壓頭選擇與壓頭選擇 布氏硬度值布氏硬度值 450的材料的材料,選用淬火鋼球頭。選用淬火鋼球頭。 例如：例如：200HBS，350HBS。 布氏硬度值布氏硬度值450650的材料，選用硬質(zhì)合金球壓頭。的材料，選用硬質(zhì)合金球壓頭。 例如：例如：550HBW，600HBW布氏硬度標(biāo)注方法：布氏硬度標(biāo)注方法： 符號(hào)符號(hào)HBS或或HBW之前的數(shù)字表示

25、硬度值，符號(hào)之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。持時(shí)間。 如如: :120HBS10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm的鋼球的鋼球在在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持載荷作用下保持30s測得的布測得的布氏硬度值為氏硬度值為120。 布布 氏氏 硬硬 度度 特特 點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：測量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅瑪?shù)據(jù)穩(wěn)測量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅瑪?shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：壓痕面積較大，測量費(fèi)時(shí)。壓痕面積較大，測量費(fèi)時(shí)。應(yīng)用：常用于測量較軟材料、灰鑄鐵、有常用于測量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬

26、、退火正火鋼材的硬度。色金屬、退火正火鋼材的硬度。不適于測量成品零件或薄件的硬度。不適于測量成品零件或薄件的硬度。 洛洛 氏氏 硬硬 度度 試試 驗(yàn)驗(yàn) 原原 理理用錐頂角為用錐頂角為120120的金剛石圓錐或直徑的金剛石圓錐或直徑1.588mm1.588mm的淬的淬火鋼球，以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測表面，保持規(guī)定時(shí)火鋼球，以相應(yīng)試驗(yàn)力壓入待測表面，保持規(guī)定時(shí)間卸載后卸除主試驗(yàn)力，以測量的間卸載后卸除主試驗(yàn)力，以測量的殘余壓痕深度增殘余壓痕深度增量量來計(jì)算出硬度值。來計(jì)算出硬度值。001123200112332h1h2h3h1-1 1-1 初載初載10kg 10kg h h1 12-2 2-2 總載總

27、載150kg 150kg h h2 23-3 3-3 卸載卸載140kg 140kg h h最后測得：最后測得：殘余壓痕深度增量 h hh h= =h h2 2- -h h1 1 洛洛 氏氏 硬硬 度度 試試 驗(yàn)驗(yàn) 原原 理理洛氏硬度洛氏硬度 HR ( Rockwill Hardness )根據(jù)壓頭的種類和總載荷的大小根據(jù)壓頭的種類和總載荷的大小, 洛氏硬度分三種：洛氏硬度分三種：I:硬度符號(hào).doc金剛石圓錐壓頭；588N總載荷I:硬度符號(hào).doc鋼球壓頭；980N總載荷HRC: 金剛石圓錐壓頭；1470總載荷洛氏硬度標(biāo)注方法：7085HRA，2070HRC，25100HRB注：HRA、HR

28、B、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小，但可以通過查表的方式進(jìn)行互換。 例如：例如： 50HRC70HRA 50HRC40HRC 50HRB40HRC 洛洛 氏氏 硬硬 度度 特特 點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測量操作簡單，方便快捷，壓測量操作簡單，方便快捷，壓痕?。粶y量范圍大，能測較薄痕小；測量范圍大，能測較薄工件。工件。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測量精度較低，可比性差，不測量精度較低，可比性差，不同標(biāo)尺的硬度值不能比較。同標(biāo)尺的硬度值不能比較。洛洛 氏氏 硬硬 度度 應(yīng)應(yīng) 用用 維氏硬度維氏硬度 HV ( Diamond Penetrator Hardness ) 維維 氏 硬 度 試 驗(yàn) 原 理 與布氏硬度試

29、驗(yàn)原理基本相同。與布氏硬度試驗(yàn)原理基本相同。 只是壓頭改用了金剛石四棱錐體。只是壓頭改用了金剛石四棱錐體。 維維 氏氏 硬硬 度度 壓壓 頭頭錐面夾角為錐面夾角為136的的金剛石正四棱錐體金剛石正四棱錐體以一定的試驗(yàn)力將壓頭以一定的試驗(yàn)力將壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間卸載后，在試樣定時(shí)間卸載后，在試樣表面留下一個(gè)四方錐形表面留下一個(gè)四方錐形的壓痕，測量的壓痕，測量壓痕兩對壓痕兩對角線長度角線長度，以此計(jì)算出，以此計(jì)算出硬度值。硬度值。維維 氏氏 硬硬 度度 試試 驗(yàn)驗(yàn) 原原 理理用壓痕兩對角用壓痕兩對角線的平均長度線的平均長度來計(jì)算。來計(jì)算。H V=F/Saad維維 氏氏

30、 硬硬 度度 試試 驗(yàn)驗(yàn) 原原 理理維氏硬度標(biāo)注方法維氏硬度標(biāo)注方法 與布氏硬度基本相同，在后面要標(biāo)注試驗(yàn)與布氏硬度基本相同，在后面要標(biāo)注試驗(yàn)條件條件試驗(yàn)力和保持時(shí)間（試驗(yàn)力和保持時(shí)間（1015S不標(biāo)）。不標(biāo)）。 實(shí)例：實(shí)例：580HV30表示用表示用30kgf (294.2N)試試驗(yàn)力保持驗(yàn)力保持1015S測定的維氏硬度值為測定的維氏硬度值為580。維維 氏氏 硬硬 度度 特特 點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量; ;測量測量精度高，可比性強(qiáng)；能測較薄工件。精度高，可比性強(qiáng)；能測較薄工件。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測量操作較麻煩，測量效率低。測量操作較

31、麻煩，測量效率低。應(yīng)用：應(yīng)用：廣泛用于科研單位和高校，用于薄件表面硬度檢廣泛用于科研單位和高校，用于薄件表面硬度檢驗(yàn)。不適于大批生產(chǎn)和測量組織不均勻材料。驗(yàn)。不適于大批生產(chǎn)和測量組織不均勻材料。疲勞現(xiàn)象疲勞現(xiàn)象：零件在循環(huán)應(yīng)力的長期作用下，即使工：零件在循環(huán)應(yīng)力的長期作用下，即使工作時(shí)承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)或規(guī)定殘余伸長作時(shí)承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，在經(jīng)受一定的應(yīng)力循環(huán)后也會(huì)發(fā)生突然斷裂，應(yīng)力，在經(jīng)受一定的應(yīng)力循環(huán)后也會(huì)發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為疲勞現(xiàn)象。疲疲 勞（勞（ ）疲勞極限疲勞極限-1：表示金屬材料在無數(shù)次交變載荷作用表示金屬材料在無數(shù)次交

32、變載荷作用而不破壞的最大應(yīng)力。而不破壞的最大應(yīng)力。疲勞極限疲勞極限-1： 鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 107 有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 108疲勞曲線提高疲勞極限途徑：提高疲勞極限途徑：u 改善零件的結(jié)構(gòu)形狀改善零件的結(jié)構(gòu)形狀u 降低表面粗糙度值降低表面粗糙度值u 采取表面強(qiáng)化采取表面強(qiáng)化試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊吸收功。試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊吸收功。 AK a k = (J/cm) S0沖沖 擊擊 韌韌 度度 ak斷裂韌性斷裂韌性K1 (J/m) 在實(shí)際生產(chǎn)中，有些大型傳動(dòng)零件、高壓容器、船舶、橋在實(shí)際生產(chǎn)中，有些大型傳動(dòng)零件、高壓容器、船舶、橋梁等，在其工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于梁等，在其工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于S的情況下，突然發(fā)生低應(yīng)力脆的情況下，突然發(fā)生低應(yīng)力脆斷。斷。 研究認(rèn)為這種破壞與制件本身存在裂紋和裂紋擴(kuò)展有關(guān)。研究認(rèn)為這種破壞與制件本身存在裂紋和裂紋擴(kuò)展有關(guān)。 實(shí)際使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺實(shí)際使用的