工程材料力學(xué)性能第二章

工程材料力學(xué)性能第二章第一頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日目的：

1．實(shí)際構(gòu)件服役承受壓縮、彎矩或扭矩作用，或有螺紋、孔洞、臺(tái)階等引起應(yīng)力集中的部位;

2．不同的加載方式將產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)。第二頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容：

1.應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)的概念，

2.壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)和缺口試祥拉伸等特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及力學(xué)性能指標(biāo)。

3.金屬的硬度試驗(yàn)方法:布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。

第三頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)塑性變形和斷裂(韌性的或脆性的)是金屬材料在靜載荷下失效的主要形式。工程上總是希望構(gòu)件在韌性狀態(tài)下工作，避免危險(xiǎn)的脆性斷裂。?

構(gòu)件或材料是韌性或脆性狀態(tài)，取決材料本身的組織結(jié)構(gòu)，還取決于應(yīng)力狀態(tài)，溫度和加載速率等因素，并不是固定不變的，而是可以互相轉(zhuǎn)化的。舉例：①鑄鐵

壓→韌，拉→脆

②韌性低碳鋼

光滑，缺口第四頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日一應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α

由材料力學(xué)可知，任何復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)都可以用切應(yīng)力和正應(yīng)力表示。

切應(yīng)力促進(jìn)塑性變形，對(duì)塑性韌性有利；拉應(yīng)力促進(jìn)斷裂，不利于塑性和韌性。任何復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)都可用三個(gè)主應(yīng)力σ1σ2σ3來(lái)表示。應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)(亦叫軟性系數(shù))α第五頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日

第六頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日三向不等拉伸：α

=0.1

單拉：σ1=σ

σ2=σ3

=0α

=0.5扭轉(zhuǎn)單向壓縮：α

=2取ν=0.25

α=0.8

第七頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日α值越大，切應(yīng)力越大，應(yīng)力狀態(tài)越“軟”，金屬越易于塑性變形和韌性斷裂。α

值越小，正應(yīng)力越大，應(yīng)力狀態(tài)越“硬”，金屬越不易塑性變形而脆性斷裂。塑性與材料的結(jié)構(gòu)、成分和應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，改變應(yīng)力狀態(tài)——改變塑性。第八頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α

的目的：1、對(duì)應(yīng)力狀態(tài)改變塑性的影響，從定性到定量。2、通過(guò)改變應(yīng)力狀態(tài)——改變塑性，脆性材料和塑性材料。3、影響斷裂的內(nèi)在因素是材料本性，如σs,σb4、外在因素：應(yīng)力狀態(tài)，溫度和加載速度第九頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)壓縮壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)：一

與拉伸相似：反向的拉伸

拉伸時(shí)定義的各個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)和相應(yīng)的計(jì)算公式，在壓縮試驗(yàn)中基本實(shí)用。

2．

與拉不同：變形不同：高度降低，截面積增加；變形曲線、形態(tài)不同：塑性材料不裂。第十頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日二與拉伸不同點(diǎn)：1.如壓縮時(shí)試件不是伸長(zhǎng)而是縮短，橫截面不是縮小而是脹大。2.塑性材料壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不斷裂，壓縮曲線一直上升?？疾焖苄圆牧蠈?duì)加工工藝的適應(yīng)性。3.單向壓縮載荷，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α＝2。第十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日在拉伸裁荷下脆性斷裂的材料(例如灰鑄鐵)，在壓縮試驗(yàn)時(shí)也會(huì)顯示一定的塑性。第十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日例如灰鑄鐵：拉伸正斷，塑性變形量幾乎為零。壓縮時(shí)沿與軸線呈450方向產(chǎn)生切斷。若對(duì)脆性材料施加多向不等壓縮載荷，由于應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α＞2，更易產(chǎn)生塑性變形。三應(yīng)用1.對(duì)于脆性材料比較其塑性差異而采用壓縮試驗(yàn)。2.對(duì)于在接觸表面處承受多向壓縮應(yīng)力的機(jī)件，如滾動(dòng)軸承的套圈與滾動(dòng)體，采用多向壓縮試驗(yàn)，使試驗(yàn)條件更接近實(shí)際服役條件。第十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日1塑性材料2脆性材料

第十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日壓縮試驗(yàn)

用于脆性材料或低塑性材料塑性的度量，如鑄鐵、陶瓷等。1壓縮試件為圓柱體、立方體和棱柱體。2為防止壓縮時(shí)試件失穩(wěn)，試件的高度和直徑之比

A0／d0應(yīng)取。為使試驗(yàn)結(jié)果能比較，試件的h0／d0值相等。對(duì)于幾何形狀不同的試件，則h0／A0為定值。3壓縮試驗(yàn)時(shí),兩端面光滑平整，相互平行，涂潤(rùn)滑油或石墨粉進(jìn)行潤(rùn)滑。試件的端面加工成凹錐面。第十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日4通過(guò)壓縮試驗(yàn)可測(cè)定下列主要壓縮性能指標(biāo)。

(1)規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力試樣標(biāo)距段內(nèi)的非比例壓縮變形達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力，稱為規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力。例如分別表示規(guī)定非比例壓縮應(yīng)變?yōu)?.01％、0.2％時(shí)的壓縮應(yīng)力。

(2)抗壓強(qiáng)度試樣壓至破壞過(guò)程中的最大應(yīng)力稱為抗壓強(qiáng)度。

(3)壓縮試驗(yàn)也可測(cè)定金屬壓縮楊氏模量。對(duì)于在壓縮時(shí)產(chǎn)生明顯屈服現(xiàn)象可測(cè)定壓縮屈服點(diǎn)。還可通過(guò)最大變形量比較材料的塑性性能。第十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)彎曲一.彎曲試樣的特點(diǎn)

與拉伸試驗(yàn)相比有以下特點(diǎn)：(1)

試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便，無(wú)偏斜，用試樣彎曲的撓度表示材料的塑性。(2)

試樣表面應(yīng)力最大，較靈敏地反映材料表面缺陷。用來(lái)比較和鑒別滲碳層和表面淬火層等表面熱處理機(jī)件的質(zhì)量和性能。(3)

測(cè)定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度和顯示塑性的差別。（4）對(duì)于承受彎曲載荷的機(jī)件如軸、板狀彈簧等常用彎曲試驗(yàn)測(cè)定其力學(xué)性能以作為選材的依據(jù)。第十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日二.彎曲試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)時(shí)采用矩形或圓柱形試件。試樣在彈性范圍內(nèi)彎曲時(shí)，受拉側(cè)表面的最大彎曲應(yīng)力按下式計(jì)算：

(2—4)

第十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日彎曲試驗(yàn)主要性能指標(biāo)：非比例彎曲應(yīng)力σpb

抗彎強(qiáng)度σbb

試樣彎曲至斷裂前達(dá)到最大彎曲力。第十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日從彎曲力—撓度曲線上還可測(cè)出彎曲彈性模量Eb、斷裂撓度f(wàn)b及斷裂能量U(曲線下所包圍的面積)等性能指標(biāo)。典型材料的彎曲圖1塑性材料2中等塑性材料

3脆性材料第二十頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)扭轉(zhuǎn)1扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)

取

＝0.8

第二十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日2、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)具有如下特點(diǎn):

1）=0.8，比拉伸的大，易于顯示金屬的塑性行為，特別是拉伸時(shí)呈現(xiàn)脆性的金屬材料的塑性性能。

2)塑性變形均勻，沒(méi)有縮頸現(xiàn)象。能精確地反映出高塑性材料，直至斷裂前的變形能力和強(qiáng)度。

3)表面切應(yīng)力最大，能較敏感地反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能?？衫门まD(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。第二十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日4)扭轉(zhuǎn)時(shí)試樣中的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等，而生產(chǎn)上所使用的大部分金屬材料的正斷抗力大于切斷抗力，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測(cè)定這些材料切斷抗力最可靠的方法。

5）根據(jù)扭轉(zhuǎn)試樣的宏觀斷口特征，區(qū)分金屬材料最終斷裂方式是正斷還是切斷。6）不僅適用于脆性也適用于塑性金屬材料。

7）缺點(diǎn)表面切應(yīng)力大，心部小，變形不均勻。

第二十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日二、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)扭轉(zhuǎn)試樣：圓柱形式（d0=10mm，L0=50m或100mm）試驗(yàn)方法：對(duì)試樣施加扭矩T，相對(duì)扭轉(zhuǎn)角以Φ表示

第二十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日彈性范圍內(nèi)表面的切應(yīng)力和切應(yīng)變扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可測(cè)定下列主要性能指標(biāo)：(1)

切變模量G

(2)

扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)τs

：與金屬材料(如低碳鋼)拉伸試驗(yàn)屈服現(xiàn)象同。(3)抗扭強(qiáng)度τb：根據(jù)試樣在扭斷前承受的最大扭矩Tb，利用彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算的切應(yīng)力，稱為抗扭強(qiáng)度。即

第二十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日三、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)應(yīng)用

實(shí)際上扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)合，在多數(shù)情況下是研究塑性材料在大應(yīng)變范圍時(shí)的力學(xué)行為，它能更真實(shí)地反映材料的塑性和形變抗力。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用主要表現(xiàn)在：(1)用熱扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定材料在熱加工(軋制、鍛造、擠壓)時(shí)的最佳溫度(2)對(duì)單相合金，用熱扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定材料在高溫時(shí)發(fā)生的動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程

(3)對(duì)多相合金，用熱扭轉(zhuǎn)研究不穩(wěn)定組織的轉(zhuǎn)變，或者模擬某種熱加工成形方式研究其組織特點(diǎn)第二十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)缺口試樣靜載實(shí)驗(yàn)缺口對(duì)材料性能的影響

大多數(shù)機(jī)構(gòu)或構(gòu)件，零件都含有缺口的，如鍵槽，油孔，臺(tái)階，螺紋,爆縫等對(duì)材料的性能影響有以下四個(gè)方面：1缺口產(chǎn)生應(yīng)力集中2引起三向應(yīng)力狀態(tài),使材料脆化3由應(yīng)力集中產(chǎn)生應(yīng)變集中4使缺口附近的應(yīng)變速率增高

第二十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日切口幾何的三個(gè)主要參數(shù)為：切口深度t、切口根部的曲率半徑、切口張角。第二十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日(一)缺口試樣在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布

1.薄板：缺口截面上的應(yīng)力分布是不均勻的。軸向應(yīng)力σy

在缺口根部最大。隨著離開(kāi)根部距離的增大，σy

不斷下降，即在缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。最大應(yīng)力決定于缺口幾何參數(shù)(形狀、深度、角度及根部曲率半徑)，以根部曲率半徑影響最大，缺口越尖銳，應(yīng)力越大。第三十頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日厚度方向σ：σz=0橫向：拉應(yīng)力σx

根部(x＝0處)σx

＝0，單向拉伸中心部分：（x>0處）σx>0

εx=－νεy兩向拉伸平面應(yīng)力狀態(tài)。第三十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日缺口引起應(yīng)力集中

1）缺口根部的應(yīng)力最大;

2）應(yīng)力集中系數(shù)Kt

：表示缺口產(chǎn)生應(yīng)力集中的影響。應(yīng)力SLmax

為缺口根部的最大應(yīng)力

σm為凈截面上的平均應(yīng)力

在彈性范圍內(nèi),Kt的數(shù)值決定于缺口的幾何形狀和尺寸與材料性質(zhì)無(wú)關(guān).第三十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日2.厚板：

εz=0,

σz≠0

根部:兩向拉伸力狀態(tài)，內(nèi)側(cè):三向拉伸的立體應(yīng)力平面應(yīng)變狀態(tài)，

σz＝ν（σy＋σx）

σy>σz>σx

第三十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日3.缺口效應(yīng)：

1）根部應(yīng)力集中2）改變?nèi)笨诘膽?yīng)力狀態(tài)，由單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛉驊?yīng)力狀態(tài)，出現(xiàn)σx(平面應(yīng)力狀態(tài))或σx

與σz(平面應(yīng)變狀態(tài))，據(jù)板厚或直徑而定。薄板：σz=0，σx≠0，σy≠0，平面應(yīng)力狀態(tài)；厚板：εz=0，εx≠0，εy≠0，立體應(yīng)力、平面應(yīng)變狀態(tài)；3)．缺口強(qiáng)化，即脆化傾向增加，難于塑性變形。第三十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日(二)缺口試樣在塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布以厚板為例:1.缺口根部：根據(jù)屈雷斯加判據(jù)，屈服條件

σmax=σy-σx=σs。在缺口根部，σx

＝0，故：σmax=σy=σs

。當(dāng)外加載荷增加時(shí)，也隨之增加，缺口根部最先滿足

σmax=σy=σs

第三十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日2.缺口內(nèi)側(cè)：σy=σx+σs

σz=ν(σx+σy)y、z向的應(yīng)力隨σx的增大而增大。3.隨著塑性變形逐步向內(nèi)部轉(zhuǎn)移，各應(yīng)力峰值越來(lái)越大并逐步移向中心。試樣中心區(qū)最大。第三十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日缺口效應(yīng)（1）缺口三向應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生應(yīng)力集中；（2）缺口強(qiáng)化：缺口試樣的屈服強(qiáng)度高于光滑試樣；

注意：缺口強(qiáng)化并不是金屬的內(nèi)在性能發(fā)生變化。（3）由應(yīng)力集中產(chǎn)生應(yīng)變集中；（4）缺口附近應(yīng)變速率高于平均應(yīng)變速率。

總結(jié)：無(wú)論脆性材料或塑性材料，缺口造成兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變集中而產(chǎn)生變脆傾向，降低了使用的安全性。第三十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日(三)缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)軸向拉伸和偏斜拉伸兩種。1、缺口敏感性:以缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與光滑試樣的抗拉強(qiáng)度的比值來(lái)衡量，稱為缺口敏感度，并以NSR(NotchSensitivityRatio)表示：

NSR越大，缺口敏感性越小。脆性材料：NSR總是小于1，表明缺口根部尚未發(fā)生明顯塑性變形時(shí)就已經(jīng)脆性斷裂；高強(qiáng)度材料：NSR一般也小于1；

塑性材料：一般NSR＞1。第三十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日2缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)：用于研究高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能、鋼和鈦的氫脆以及用于研究高溫合金的缺口敏感性等。缺口敏感度指標(biāo)NSR是安全性的力學(xué)性能指標(biāo)。材料缺口靜拉伸的力學(xué)行為如圖第三十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第四十頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日3缺口試樣偏斜拉伸試驗(yàn)：復(fù)合作用＝拉伸＋彎曲更“硬”＋更不均勻＝更敏感

作用：

適合高強(qiáng)度螺栓之類零件的選材和熱處理工藝的優(yōu)化。如帶有缺口螺拴。第四十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第四十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日（四）缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)

顯示缺口敏感性:光滑試樣的靜彎試驗(yàn)主要用來(lái)評(píng)定工具鋼或一些脆性材料的力學(xué)性能，而缺口試樣的靜彎試驗(yàn)則用來(lái)評(píng)定或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度。

缺口和彎曲引起的應(yīng)力不均勻性疊加。

試驗(yàn):記錄彎曲曲線：試驗(yàn)力P與撓度f(wàn)關(guān)系曲線，直至試樣斷裂。第四十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第四十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日斷裂功的大小取決于材料塑性。斷裂功或Fmax/F1比值表示金屬的缺口敏感度：塑性好的材料裂紋擴(kuò)展慢，斷裂功增大；

斷裂功大或Fmax/F1大，缺口敏感性??；反之，則缺口敏感性大。若斷裂功為零或Fmax/F1=1，表明裂紋擴(kuò)展極快，金屬產(chǎn)生突然脆性斷裂，缺口敏感性最大。

第四十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日思考題：

1缺口效應(yīng)及其產(chǎn)生原因；

2缺口強(qiáng)化；

3缺口敏感度。

第四十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第六節(jié)硬度前言?古時(shí)，利用固體互相刻劃來(lái)區(qū)分材料的軟硬?硬度仍用來(lái)表示材料的軟硬程度。?硬度值大小取決于材料的性質(zhì)、成分和顯微組織，測(cè)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。?目前還沒(méi)有統(tǒng)一而確切的關(guān)于硬度的物理定義。?硬度測(cè)定簡(jiǎn)便，造成的表面損傷小，基本上屬于“無(wú)損”檢測(cè)的范疇。

第四十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日金屬硬度的意義

1

硬度：表征金屬材料軟硬程度的一種性能。是指金屬在表面上的不大體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力.硬度不是金屬獨(dú)立的基本性能。表征哪種抗力，決定采用的試驗(yàn)方法:

A.塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力：壓入硬度試驗(yàn)：布氏硬度，洛氏硬度，維氏硬度，顯微硬度.

可測(cè)量脆性材料（陶瓷材料）的硬度，表面處理的工件。第四十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日B.

抵抗破裂能力：刻劃片型硬度試驗(yàn)：刻劃硬度C.

抵抗金屬?gòu)椥宰冃文芰Γ夯靥?，肖氏硬度（手提法）?yīng)用于大型工件第四十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日硬度數(shù)值在真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線上的位置第五十頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日2硬度試驗(yàn)：在金屬表面局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小的壓痕。在成品或試樣上。采用硬度試驗(yàn)易于檢查金屬表面層的質(zhì)量(如脫碳、表面淬火和化學(xué)熱處理后的表面性能等。硬度試驗(yàn)的方法：壓入法：如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等；劃痕法：如莫氏硬度；

彈性回跳法：如肖氏硬度。

第五十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)用最廣的是壓入硬度試驗(yàn)：α＞2幾乎所有金屬材料都能產(chǎn)生塑性變形。

應(yīng)用：測(cè)定塑性金屬材料的硬度；測(cè)定淬火鋼、硬質(zhì)合金甚至陶瓷等脆性材料的硬度。第五十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日3

硬度試驗(yàn)意義

1．

設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便迅速，不破壞表面；

2．

測(cè)量局部區(qū)域抵抗變形、斷裂的能力；

3．

能敏感地反映出金屬材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的差異。用于檢查性能、熱加工工藝質(zhì)量或研究金屬組織結(jié)構(gòu)的變化。

4．

所測(cè)硬度不是獨(dú)立的力學(xué)性能指標(biāo)，與其它力學(xué)性能有一定關(guān)系，綜合反映材料的力學(xué)性能；

如：σb＝KHB

5．

硬度試驗(yàn)特別是壓入硬度試驗(yàn)在生產(chǎn)及科學(xué)研究個(gè)得到了廣泛的應(yīng)用；第五十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日硬度試驗(yàn)

(一)布氏硬度試驗(yàn)基本原理

HBS

HBW

壓力將淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除壓力，試件表面留下壓痕，單位壓痕表面積上所承受的平均壓力即定義為布氏硬度值。第五十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日1.布氏硬度的測(cè)定原理：

第五十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日t測(cè)量困難,測(cè)定d容易

d＝f(t)

將上式中的t換成d。則有

根據(jù)不同d值，可查表或計(jì)算出HB值。第五十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日2.布氏硬度試驗(yàn)規(guī)程(1)布氏硬度試驗(yàn)方法和技術(shù)條件在國(guó)標(biāo)GB231-84中有明確規(guī)定.(2)壓痕直徑d和鋼球直徑D的比值0.2D<d<0.5D

,否則所得HB值失真;(3)保持時(shí)間10～60秒；(4)如何保證同一材料得到同樣的HB值？

P和D應(yīng)在壓入角相等，才能保證同一材料得到同樣的HB值，生產(chǎn)上常用的P/D2值規(guī)定。30，10，2.5三種。第五十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日從圖中可看出，φ和d的關(guān)系是對(duì)P和D規(guī)定：使P/D2為一常數(shù)，保證得到幾何相似的壓(即壓痕的壓入角保持不變)，即保證對(duì)同一材料得到相同的HB值。即相似原理。與此相應(yīng)的壓痕直徑d：

(0.24-0.26)D第五十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日4.布氏硬度的特點(diǎn)和適用范圍：優(yōu)點(diǎn)：代表性全面，能反映表面較大體積范圍內(nèi)各組成相綜合性能指標(biāo)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定.應(yīng)用：適宜于測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；虼执蠼M成相的金屬材料。缺點(diǎn)：鋼球本身變形問(wèn)題，對(duì)HB>450以上硬材料，不能使用。所以，壓痕大，不宜于不允許有較大壓痕的工件，也不宜于薄件試樣。第五十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日思考題：

1布氏硬度原理；

2布氏硬度的試驗(yàn)規(guī)程；

3布氏硬度的特點(diǎn)和適用范圍；

4布氏硬度的表示。

第六十頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日符號(hào)表示：壓頭為淬火鋼球，HBS；壓頭為硬質(zhì)合金球，HBWHBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，其后的數(shù)字依次為壓頭直徑、壓力和保持時(shí)間。

?例：150HBSl0／3000／30

用10mm直徑淬火鋼球，加壓3000kgf，保持30s，測(cè)得的布氏硬度值為150；

?500HBW5／750，

用硬質(zhì)合金球，壓頭直輕5mm，加壓750kgf，保持10-15秒(保持時(shí)間為10-15，不加標(biāo)注)，測(cè)得布氏硬度值為500。

第六十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日(二)洛氏硬度試驗(yàn)HRA

HRB

HRC1.定義用壓痕深度大小作為標(biāo)志硬度值高低的洛氏硬度試驗(yàn)。2.常用壓頭兩類：頂角為1200的金剛石圓錐體直徑為Φ1.588mm(1／16英寸)的鋼球

3.試驗(yàn)方法：第六十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日第六十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日洛氏硬度：壓痕深度h.規(guī)定：HR=金剛石圓錐體:k=0.2mm小淬火鋼球：k＝0.26第六十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日4.硬度標(biāo)尺：

采用不同壓頭并施加不同的壓力，可以組成不同的洛氏硬度標(biāo)尺。

九種標(biāo)尺，常用的為A、B和C三種標(biāo)尺，C標(biāo)尺用得最普遍。

用這三種標(biāo)尺測(cè)得的硬度分別記為HRA(金剛石圓錐體)、HRB(Φ1.588mm(1／16英寸))的鋼球和HRC(金剛石圓錐體)。第六十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日5.洛氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：（1)壓痕小，操作簡(jiǎn)單，易直接讀出，不存在壓頭變形問(wèn)題。（2)對(duì)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)；（3)有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。（4)采用金剛石或鋼球作壓頭，不同的主載荷，可根據(jù)材料的軟硬加以選用。因此，洛氏硬度可用于測(cè)定各種不同材料的的硬度。第六十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日缺點(diǎn)：不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無(wú)法相互比較。?由于壓痕小，所以洛氏硬度對(duì)材料組織不均勻性很敏感，測(cè)試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差.不適用具有粗大、不均勻組織材料的硬度測(cè)定。

常用HRA(金剛石圓錐壓頭)，HRB(鋼球壓頭)，HRC（金剛石圓錐壓頭）思考題：

1洛氏硬度及其表示；

2洛氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)。第六十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日（三）維氏硬度試驗(yàn)

HV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來(lái)定義硬度值。第六十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日不同點(diǎn):壓頭為金剛石制成的四方角錐體，兩相對(duì)面間的夾角為1360，所加的載荷較小。表示方法與布氏硬度的相同例如:640HV30／20硬度值HV載荷/保持時(shí)間第六十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，2022年，8月28日維氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)（1)四方角錐體壓頭，各種載荷壓痕幾何相似，可任意選擇，不受布氏法P和D條件的約束。（2)維氏硬度試驗(yàn)和布氏硬度試驗(yàn)所得到的硬度值能完全相等；（3)測(cè)量范圍較寬，軟硬材料都可測(cè)試，而不存在洛氏硬度法不同標(biāo)尺的硬度無(wú)法統(tǒng)一的問(wèn)題；（4)維氏硬度的壓痕為一輪廓清晰的正方形，對(duì)角線長(zhǎng)度易于精確測(cè)量，故精度較布氏法的高。

(5)材料的硬度小于450HV時(shí)，維氏硬度