工程材料學(xué)塑變

工程材料學(xué)塑變第一頁，共六十六頁，2022年，8月28日1．單晶體的塑性變形當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限時，金屬將產(chǎn)生塑性變形。為了方便起見，我們首先研究單晶體的塑性變形，而多晶體的塑性變形與各個晶粒的變形行為相關(guān)聯(lián)，掌握了單晶體的變形規(guī)律，將有助于了解多晶體的塑性變形本質(zhì)。單晶體的變形有“滑移”和“孿生”兩種方式，我們重點研究滑移方式。第二頁，共六十六頁，2022年，8月28日滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）發(fā)生相對滑動的過程。（書P23圖2-1）由圖可知：外力P在一定的晶面上分解為兩種應(yīng)力：σ；

τ（a）正應(yīng)力σ使晶格發(fā)生彈性變形（由c—c’，a—a’）或斷裂（b）切應(yīng)力τ使晶格發(fā)生彈性歪扭或塑性變形（c）大量晶面的滑移，最終使試樣被拉長變細(xì)（d）塑性變形的實質(zhì)——原子移動到新的穩(wěn)定位置第三頁，共六十六頁，2022年，8月28日總結(jié)①滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生；②一些概念：1、滑移面：發(fā)生滑移的晶面，叫做滑移面；2、滑移方向：晶體在滑移面上發(fā)生滑移的晶向；3、滑移系：一個滑移面和此面上的一個滑移方向結(jié)合起來，組成一個滑移系。（它表示金屬晶體在發(fā)生滑移時滑移動作可采取的空間位向，滑移系越多，滑移時可供采用的空間位向也越多，所以該金屬的塑性也越好，而且滑移方向的作用大于滑移面的作用。）第四頁，共六十六頁，2022年，8月28日一般說來：滑移面總是原子最密排面，滑移方向也總是原子最密排方向。（因為在最密排面上，原子的結(jié)合力最強，而面與面之間的距離卻最大，所以最密排面之間的原子間的結(jié)合力最弱，滑移阻力最小，因而最易滑移；同理，滑移方向也總是原子最密排方向。）幾種常見金屬的滑移面和滑移方向：

書P24表2-1第五頁，共六十六頁，2022年，8月28日第六頁，共六十六頁，2022年，8月28日④晶體在滑移的同時，由于正應(yīng)力組成的力偶的作用，會推動晶體轉(zhuǎn)動，力圖使滑移面轉(zhuǎn)向與外力方向平行。③取金屬單晶體試樣，表面經(jīng)磨制拋光，然后進(jìn)行拉伸，當(dāng)試樣經(jīng)適量塑性變形后，在金相顯微鏡下觀察，則可在表面見到許多相互平行的線條，稱之為滑移帶；如進(jìn)一步在電子顯微鏡下觀察，便會發(fā)現(xiàn)任一條滑移帶實際上是由許多密集在一起的相互平行的滑移線所組成，這些滑移線表現(xiàn)為在塑性變形后在晶體表面產(chǎn)生的一個個小臺階。書P24圖2-2。第七頁，共六十六頁，2022年，8月28日⑤滑移的位錯機制：若晶體中沒有任何缺陷，原子排列得十分整齊時，經(jīng)理論計算，在切應(yīng)力的作用下，晶體的上下兩部分沿滑移面作整體剛性的滑移時，此時所需的臨界切應(yīng)力τK（即滑移所需的最小切應(yīng)力）與實測相差十分懸殊。（例如：銅的理論計算值τK=6400N/mm2，而實測值τK=1.0N/mm2），為此，導(dǎo)致了位錯學(xué)說的誕生。第八頁，共六十六頁，2022年，8月28日理論與實驗都已證明，在實際晶體中存在著位錯，晶體的滑移是通過位錯在切應(yīng)力的作用下沿滑移面逐步移動的結(jié)果。如書P24圖2-3所示，一個刃型位錯在切應(yīng)力的作用下在滑移面上的運動過程，就象接力賽跑一樣，位錯中心的原子逐一遞進(jìn)，由一個平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個平衡位置，通過一根位錯線從滑移面的一側(cè)到另一側(cè)的運動便造成一個原子間距的滑移。當(dāng)位錯線移到晶體表面時，就會在晶體表面上留下一個原子間距的滑移臺階，因而造成滑移線的產(chǎn)生。第九頁，共六十六頁，2022年，8月28日滑移的實現(xiàn)——借助于位錯運動第十頁，共六十六頁，2022年，8月28日實測的τK遠(yuǎn)小于理論的τK的原因：所示，位錯雖然移動了一個原子間距，但位錯中心附近的少數(shù)原子只作遠(yuǎn)小于一個原子間距的彈性偏移，而其他區(qū)域的原子仍處于正常位置，所以這樣的位錯運動只需一個很小的切應(yīng)力即可實現(xiàn)，故，實測的τK遠(yuǎn)小于理論的τK。第十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日第十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日多晶體金屬的塑性變形與單晶體的本質(zhì)是一致的，即每個晶粒的塑性變形仍以滑移方式進(jìn)行，但多晶體是由許多形狀、大小、取向各不相同的晶粒組成。所以，多晶體的塑變過程又比單晶體的相對復(fù)雜許多。2．多晶體的塑性變形第十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日（一）晶界對塑性變形的影響晶界原子排列較不規(guī)則，阻礙位錯運動，使變形抗力增大。晶粒小→晶界多→變形抗力大→強度，硬度↑（細(xì)晶強化）晶粒小→變形分散，應(yīng)力集中小→塑性↑，韌性↑第十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日在多晶體金屬中，由于各晶粒的位向不同，則各滑移系的取向（滑移面和滑移方向的分布）也不同，所以在外力的作用下，每個滑移系上所受的分切應(yīng)力就不同。如果：在受拉伸時，滑移系與外力P成45o，則τ為最大；滑移系與外力P平行或垂直，則τ為最小。（二）

晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懙谑屙?，共六十六頁?022年，8月28日軟位向：凡滑移面和滑移方向處于或接近與外力成45o的夾角的晶粒必先滑移，處于這種位向的晶粒為處于軟位向。

硬位向：滑移面或滑移方向處于或接近于與外力平行或垂直的晶粒，處于硬位向，則難以滑移。如圖所示，以A→B→C的順序分批滑移。第十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日

在外力作用下，金屬中處于“軟位向”的晶粒中的位錯首先滑移，產(chǎn)生變形，但是這種變形要受到鄰近尚未產(chǎn)生滑移的晶粒的制約。這些晶粒要以彈性變形來協(xié)調(diào)，所以，多晶體中“軟位向”晶粒的位錯運動所需的外力較單晶體所需的外力大另外，分正應(yīng)力組成一力偶，促使晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，所以隨著滑移的發(fā)生，軟位可轉(zhuǎn)移到硬位向，硬位向可轉(zhuǎn)到軟位向。多晶體的塑性變形總是逐批滑移，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變形。第十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日

3冷態(tài)塑性變形對金屬組織和性能的影響（一）加工硬化現(xiàn)象在塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象就是加工硬化，或形變強化。第十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日加工硬化（形變強化——強化材料的手段之一）金屬在冷變形時，強度、硬度↑，塑性、韌性↓。P21，圖1-17第十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日實際意義：⑴優(yōu)點：a、廣泛用來提高金屬材料的強度；（例如：自行車鏈條的鏈板的制作）b、有利于金屬進(jìn)行均勻變形；（例如：冷拔鋼絲）c、可以提高工件在使用過程中的安全性。⑵缺點：會給金屬進(jìn)一步加工造成困難，為此中間需進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。第二十頁，共六十六頁，2022年，8月28日(二)冷加工后的金屬組織1.位錯密度增加，晶粒破碎，亞結(jié)構(gòu)增加塑性變形→位錯密度增加，相互纏結(jié)(亞晶界)，運動阻力加大→變形抗力↑→加工硬化第二十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日晶粒拉長，纖維組織變形10%100×變形40%100×變形80%纖維組織100×工業(yè)純鐵

不同變形度

的顯微組織2. 晶粒拉長，纖維組織織構(gòu)第二十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日織構(gòu)絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，性能出現(xiàn)各向異性?！飨虍愋?沿纖維方向的強度、塑性最大）晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，且出現(xiàn)織構(gòu)。優(yōu)點：利用它所形成的各向異性；（例如：制造變壓器鐵芯的硅鋼片）

缺點：也是因為它所形成的各向異性；（例如：制耳現(xiàn)象)第二十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日第二十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日3.

殘余內(nèi)應(yīng)力——由金屬內(nèi)部不均勻變形引起3.1宏觀內(nèi)應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）：由于表層與心部的變形量不同所引起的，它是在整個物體范圍內(nèi)處于平衡的力。（例如：冷拉圓鋼）3.2微觀內(nèi)應(yīng)力（第二類內(nèi)應(yīng)力）：由于晶粒之間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形量不同引起的，它是在晶?；蚓?nèi)不同區(qū)域內(nèi)處于平衡的力。3.3晶格畸變力（第三類內(nèi)應(yīng)力）位錯等晶格缺陷的大量增加引起缺陷附近晶格畸變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。它是在晶界、滑移面等附近不多的原子群范圍內(nèi)維持平衡的。它是金屬強化的主要原因，也是變形金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力。

殘余內(nèi)應(yīng)力的危害引起零件加工過程變形、開裂。耐蝕性↓

第二十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日在變形金屬中，由于晶粒破碎拉長及位錯等晶格缺陷大量增加，使其內(nèi)能增加，在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定的亞穩(wěn)狀態(tài)。所以，一旦對其進(jìn)行加熱使原子有了足夠高的活動能力，那么，形變金屬就能從亞穩(wěn)狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，從而引起一系列組織和性能的變化。

第二節(jié)冷加工金屬在加熱時的變化第二十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日一、回復(fù)、再結(jié)晶與晶粒長大1．回復(fù)2．再結(jié)晶3．晶粒長大第二十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日1、回復(fù)

T回復(fù)=（0.25～～０.3）T熔點顯微組織無明顯變化，位錯和點缺陷大大↓.回復(fù)使塑變后金屬的強度和硬度略有下降，塑性增高，但殘余應(yīng)力大大降低。變化應(yīng)用工業(yè)上利用回復(fù)過程對變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火來降低殘余應(yīng)力，保留加工硬化效果。塑性變形后的金屬在低溫加熱時，變形金屬中的一些點缺陷和位錯的遷移而引起某些晶內(nèi)變化稱為回復(fù)

第二十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日第二十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日2、再結(jié)晶

T再=（0.35～～０.4）T熔點

變形后金屬在較高溫度加熱時，由于原子擴散能力增大，變形和破碎的晶粒通過重新生核、長大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶粒，該過程稱為再結(jié)晶。變化再結(jié)晶使塑變后金屬的強度和硬度明顯降低，塑性和韌性大大提高，殘余應(yīng)力完全消除，加工硬化現(xiàn)象被消除。，應(yīng)用工業(yè)上利用再結(jié)晶過程對變形后金屬進(jìn)行再結(jié)晶退火來消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的塑性和韌性。以利于后面的變形加工。第三十頁，共六十六頁，2022年，8月28日再結(jié)晶退火：對發(fā)生了加工硬化（冷變形）的金屬，在再結(jié)晶溫度以上一定溫度加熱，適當(dāng)保溫的熱處理工藝，稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火的溫度經(jīng)常定為最低再結(jié)晶溫度以上100~200℃。書P29表2-2，幾種常見金屬及合金的最低再結(jié)晶溫度和再結(jié)晶退火溫度。第三十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日3.晶粒長大變形80%工業(yè)純鐵再結(jié)晶退火顯微照片100×變形80%600℃退火8小時

變形80%400℃退火8小時加熱溫度T和保溫時間t↑

→晶界遷移、晶粒合并長大。第三十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日類型：

⑴正常長大：隨著溫度的升高或保溫時間的延長，晶粒均勻連續(xù)的長大。（因為晶粒長大是一個表面能降低的過程，所以晶粒長大是一個自發(fā)過程，但長大速度不大。）⑵異常長大：經(jīng)嚴(yán)重冷變形的金屬，在較高溫度退火時，少數(shù)晶粒優(yōu)先長大，逐漸吞食周圍大量小晶粒而形成粗大晶粒的過程，叫二次再結(jié)晶。特點：不是重新生核與長大，而是在一次再結(jié)晶完成之后，某些特殊晶粒長大形成的；是不連續(xù)、不均勻的長大，故叫反常長大如圖形成機理：第二相或夾雜物質(zhì)點的影響第三十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日（一）金屬的再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度（T再）：通常再結(jié)晶溫度是指再結(jié)晶開始的溫度，它與金屬的變形程度和純度等因素有關(guān)；但需注意的是再結(jié)晶過程不是一個恒溫過程，而是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的過程。二、影響再結(jié)晶溫度和晶粒大小的因素第三十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日影響再結(jié)晶溫度的因素：⑴金屬的預(yù)變形度：金屬的預(yù)變形度越大，晶體缺陷就越多，則組織就越不穩(wěn)定，再結(jié)晶溫度就越低。如書P29圖2-7，從圖中可以看出，當(dāng)變形程度達(dá)到一定程度后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，這一溫度稱為最低再結(jié)晶溫度。大量實驗證明：最低再結(jié)晶溫度TR純金屬TR=（0.4~0.35）T0

合金TR=（0.5~0.7）T0溫度單位：絕對溫度(K)預(yù)變形度對TR的影響第三十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日⑵金屬的純度：金屬的純度越低，金屬中的微量元素或合金元素，尤其是高熔點元素，常常趨向于位錯、晶界處偏聚，因此會阻礙原子擴散和晶界的遷移，從而再結(jié)晶溫度顯著提高。⑶加熱速度和保溫時間：因為再結(jié)晶的形核和長大都需要時間，所以加熱速度越大，在不同的溫度下停留的時間短，使之來不及形核和長大，而推遲到更高的溫度下才會發(fā)生再結(jié)晶；保溫時間越長，原子的擴散能力越大，再結(jié)晶溫度就越低。

第三十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日

變形金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，晶粒的大小對其力學(xué)性能有著非常重要的影響，只有獲得細(xì)晶粒金屬，才能獲得較高的強度、硬度和良好的塑性、韌性。了解決定再結(jié)晶退火后晶粒度的因素就可以控制變形金屬的再結(jié)晶退火后的質(zhì)量。(二）再結(jié)晶退火后的晶粒度第三十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日1.加熱溫度T

↑→晶粒直徑

D↑

再結(jié)晶時，加熱溫度越高，原子的活動能力越強，越有利于晶界的遷移，所以，退火后晶粒越粗大；同時，在加熱溫度一定時，保溫時間越長，晶粒越粗大。第三十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日

當(dāng)變形度很小時，晶粒度仍保持原樣；（因為變形度小，畸變能小，不足以引起再結(jié)晶）當(dāng)變形度在2%~10%時，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大。（金屬中僅有部分晶粒發(fā)生變形，變形極不均勻，再結(jié)晶時的生核數(shù)目少，所以再結(jié)晶后的晶粒度極不均勻，晶粒極易相互吞并長大）我們將此范圍的變形度稱為“臨界變形度”，生產(chǎn)上應(yīng)盡量避免在此范圍內(nèi)變形。

2.預(yù)變形度的影響

它的影響實際上是變形均勻程度的問題。

當(dāng)變形大于臨界變形度后，隨著變形的增加，變形便越趨于均勻，再結(jié)晶時的形核數(shù)目越多，故晶粒就越細(xì)小均勻。當(dāng)變形度大于90%以上時，某些金屬還會出現(xiàn)晶粒的異常長大。第三十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日臨界變形度的危害：第四十頁，共六十六頁，2022年，8月28日第四十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日1．熱加工對組織和性能的影響熱加工——在TR以上溫度進(jìn)行的變形加工.

如鋼材的熱鍛和熱軋,但熱加工后不產(chǎn)生加工硬化。熱加工時，塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再結(jié)晶過程的軟化作用所消除.熱加工過程實際上是加工硬化與回復(fù)、再結(jié)晶相互制約，相互平衡的過程。第三節(jié)金屬的熱加工（自學(xué)）第四十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日熱加工的應(yīng)用及組織和性能特點1）打碎柱狀晶、樹枝晶，形成等軸晶，機械性能改善。2）壓合鑄件中的疏松、氣孔等缺陷，提高組織致密度和機械性能。3）產(chǎn)生流線分布——非金屬夾雜物沿變形方向分布，引起各向異性。鍛造曲軸切削加工曲軸第四十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日２．冷加工對組織和性能的影響冷加工——在TR以下溫度進(jìn)行的變形加工，如低碳鋼的冷拔、冷沖。冷加工后產(chǎn)生加工硬化。思考題：其原因是什么？冷加工對金屬組織和性能的影響：※

能產(chǎn)生加工硬化，提高強度和硬度，塑性和韌性下降。是重要的強化手段，對不能熱處理強化的合金尤其重要。但增加繼續(xù)塑性變形的抗力。第四十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日熱加工與冷加工的比較熱加工時，由于再結(jié)晶可以及時與加工硬化動態(tài)平衡，使金屬具有很高的塑性而容易加工。熱加工變形量大，不需要穿插中間退火，因而流程短，效率高。節(jié)省金屬。缺點：需要加熱，不如冷加工簡單易行。制品的組織性能不如冷加工均勻和易于控制。制品不如冷加工尺寸精確，表面粗糙度值大。對于薄或細(xì)的加工制品，由于降溫快，尺寸精度差，不宜采用熱加工。第四十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日第四節(jié)

基本內(nèi)容和要求常見的幾種力學(xué)性能指標(biāo)1.了解力學(xué)性能的種類、概念及指標(biāo)。2.了解拉伸實驗過程及相關(guān)指標(biāo)概念和意義。3.了解各種硬度實驗測試方法和應(yīng)用范圍。4.了解沖擊實驗方法和所測指標(biāo)的意義。第四十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日一、金屬材料的機械性能

是指金屬材料在外力作用時表現(xiàn)出來的性能。機械性能—外力形式：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等。載荷形式：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷等。指標(biāo)：強度、剛度、硬度、塑性、韌性和疲勞強度等。強度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。

單位:MPa(MN/mm2)

分：抗拉強度σb、抗壓σbc、抗彎σbb、抗剪τb、抗扭τt。第四十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日靜載單向靜拉伸應(yīng)力――應(yīng)變曲線介紹拉伸實驗：彈性變形階段屈服階段強化階段縮頸階段試樣斷裂第四十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日5靜載單向靜拉伸應(yīng)力――應(yīng)變曲線介紹拉伸實驗：ob彈性變形階段bcd屈服階段db強化階段Bk縮頸階段k試樣斷裂第四十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日1.材料的結(jié)構(gòu)與性能1.2金屬材料的性能

單元36根據(jù)拉伸實驗確定一些強度指標(biāo)①彈性極限σe（elasticlimit）

材料拉伸時保持彈性變形，不發(fā)生永久變形的最大應(yīng)力。

彈性極限：σe=Fe/Ao=E

剛度—

表示材料彈性變形抗力的大小。

彈性模量E—是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)。E愈大，使其產(chǎn)生一定量彈性變形的應(yīng)力也應(yīng)愈大。E=σ/ε楊氏彈性模量

,應(yīng)力應(yīng)變的比值。單位MPaε第五十頁，共六十六頁，2022年，8月28日②屈服極限σs（屈服強度或屈服點）

金屬材料開始發(fā)生微量塑性變形的抗力。σs=Fs/Ao

條件屈服強度σ0.2

—產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形的抗力的極限應(yīng)力值。用于無屈服點的中高碳鋼。脆性材料：σb=σs

灰口鑄鐵③抗拉強度σb

（強度極限）是試樣被拉斷前的最大承載能力，

σb=Fb/Ao（MPa）（MPa）材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值

屈強比——

σs與σb的比值。

屈強比愈小，工程構(gòu)件的可靠性愈高，

屈強比太小，則材料強度的有效利用率太低。延伸率拉伸試樣斷裂后，標(biāo)距長度的伸長量占原來標(biāo)距長度的百分?jǐn)?shù)，成為材料在拉伸時的斷后伸長率，用表示。第五十一頁，共六十六頁，2022年，8月28日3.硬度

①布氏硬度材料抵抗另一更硬物體壓入其內(nèi)的能力。

硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念，

硬度試驗簡單易行，又無損于零件，而且可以近似的推算出材料的其它機械性能，因此在生產(chǎn)和科研中應(yīng)用廣泛。硬度試驗方法很多，機械工業(yè)普遍采用壓入法來測定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。

布氏硬度值HB是以試樣單位壓痕球形面積上所承擔(dān)的載荷數(shù)表示。即單位面積所承受的壓力

。

第五十二頁，共六十六頁，2022年，8月28日布氏硬度測定的原理—是把一定直徑的淬火鋼球，以規(guī)定的載荷P壓入被測材料表面，保持一定時間后卸除載荷，測出壓痕直徑d，求出壓痕面積F計算出平均應(yīng)力值，以此為布氏硬度值的計量指標(biāo)，并用符號HB表。

第五十三頁，共六十六頁，2022年，8月28日布氏硬度測定主要適用于各種未經(jīng)淬火的鋼、退火、正火狀態(tài)的鋼；結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)件；鑄鐵、有色金屬、質(zhì)地輕軟的軸承合金等原材料。標(biāo)注：D/P/T如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值120在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的條件下得到的。簡單標(biāo)注：200～230HB或300～330HBS布氏硬度試驗只可用來測定小于HB450的金屬材料，

第五十四頁，共六十六頁，2022年，8月28日②洛氏硬度（HR）

基本原理—洛氏硬度屬壓入法用一個頂角為120°的金鋼石圓錐為壓印頭，先將98N初載使壓印頭與試樣的表面接觸良好，此時將硬度儀刻度盤上的指針對準(zhǔn)零點，然后加上1373N主載荷，金剛石圓錐壓入試樣表面一定時間后，卸去主載，材料回彈少許，此時壓痕的深度作為測量硬度的依據(jù)，通過換算，此時的硬度可由刻度盤上直接讀出。

第五十五頁，共六十六頁，2022年，8月28日布氏硬度實驗第五十六頁，共六十六頁，2022年，8月28日硬度符號壓頭總載荷（kgf）表盤上刻度顏色常用硬度值范圍使用范圍HRA金鋼石圓錐60黑

色70~85碳化物、硬質(zhì)合金表面淬火等HRB100紅

色25~100有色金屬、退火及正火鋼等HRC金鋼石圓錐150黑

色20~67調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等洛氏硬度測定僅產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗

設(shè)備簡單，操作迅速方便。但測一點無代表性，不準(zhǔn)確，需多點測量，然后取平均值。洛氏硬度雖可用來測定各種金屬材料的硬度。第五十七頁，共六十六頁，2022年，8月28日③維氏硬度（HV）為了從軟到硬的各種金屬材料有一個連續(xù)一致的硬度標(biāo)度，因而制定了維氏硬度試驗法。維氏硬度試驗法是壓入試驗法中較精確的一種，它與布氏硬度試驗法相同，是用一種頂角為136°的金鋼石角錐壓頭，在載荷F（kgf）作用下，試樣表面壓出一個四方錐形壓痕，測量壓痕對角線長度D（mm）。HV為壓痕單位面積上所受的壓力，可根據(jù)測得的D平均值，從手冊中的有關(guān)表格上查出維氏硬度值。維氏硬度值表示方法為HV硬度數(shù)值，有時為反映試驗條件，在硬度數(shù)值前用下標(biāo)加上負(fù)荷，例如HV20232，20為加載負(fù)荷。維氏硬度試驗主要用來測定金屬鍍層、薄片金屬以及化學(xué)熱處理（如氮化、滲碳等）后的表面硬度。維氏硬度的壓力一般可選5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的壓力可以測定顯微組織硬度。第五十八頁，共六十六頁，2022年，8月28日單元34.沖擊韌性（Ak或ak

）

韌性：材料斷裂前吸收變形能量的能力----韌度沖擊韌性（Ak）

：沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。單位為焦耳/厘米2（J/cm2）ak=沖擊破壞所消耗的功Ak/標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積Fak值低的材料叫做脆性材料，斷裂時無明顯變形，金屬光澤，呈結(jié)晶狀。ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤，韌性材料。Ak=mg(h1-h2)第五十九頁，共六十六頁，2022年，8月28日沖擊韌性實驗Ak=h1-h2第六十頁，共六十六頁，2022年，8月28日5.疲勞強度σ-1

80%的斷裂由疲勞造成

疲勞：機件在遠(yuǎn)低于該材料的屈服強度的教變應(yīng)力的長時間作用下，在沒有明顯的塑性變形征兆下所發(fā)生的一種破壞形式。承受載荷的大小和方同隨時間作周期性變化，交變應(yīng)力作用下，往往在遠(yuǎn)小于強度極限，甚至小于屈服極限的應(yīng)力下發(fā)生