材料力學(xué)第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能

材料力學(xué)第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能第1頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五江蘇科技大學(xué)

第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能第2頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五OABCDes(0.2)bp稱為彈性極限簡(jiǎn)單拉伸實(shí)驗(yàn)s稱為屈服應(yīng)力0.2規(guī)定殘余應(yīng)變的0.2%時(shí)的工程應(yīng)力b稱為強(qiáng)度極限線性彈性變形非線性彈性變形加工硬化頸縮階段屈服金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能第3頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五簡(jiǎn)單拉伸實(shí)驗(yàn)初始試件彈性變形非線性彈性變形屈服平臺(tái)塑性變形斷裂金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能第4頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能研究的目的： 1）實(shí)際的服役工礦下，零部件除了受拉伸之外，還要受其他靜載荷的作用，如：壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)以及還有帶缺口的零部件。則必須研究材料在其它載荷作用下的力學(xué)性能指標(biāo)，作為設(shè)計(jì)和選材的依據(jù)。

2）不同的加載方式在零部件中將產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)，而金屬材料在不同的應(yīng)力狀態(tài)下所表現(xiàn)出的力學(xué)行為將不一樣。 3）金屬硬度實(shí)驗(yàn)方法在工業(yè)生產(chǎn)及科研中應(yīng)用極為廣泛，其測(cè)試方法也屬于靜載壓入實(shí)驗(yàn)。原因：

切應(yīng)力：引起金屬材料產(chǎn)生塑性變形以及韌性斷裂。

正應(yīng)力：引起金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂。5第5頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五主要內(nèi)容硬度扭轉(zhuǎn)彎曲壓縮應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)缺口試樣靜載荷試驗(yàn)第6頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-1應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)材料在受到載荷作用時(shí)(單向拉伸)，最大切應(yīng)力理論：最大正應(yīng)變理論：產(chǎn)生切斷產(chǎn)生正斷在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下（用三個(gè)主應(yīng)力表示成σ1、σ2、

σ3

）

由上兩式可以看出，受力狀態(tài)不同，σ1σ2σ3

不同，τmax和σmax會(huì)變化，為了表示不同應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料塑性變形的影響，特引入應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α

。第7頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-1應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)鋼鐵材料取定義：在任何應(yīng)力狀態(tài)下最大切應(yīng)力與最大正應(yīng)力的比值。α應(yīng)力狀態(tài)越軟，金屬易于產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂α應(yīng)力狀態(tài)越硬，金屬不易產(chǎn)生塑性變形，易于產(chǎn)生脆性斷裂注意：α的絕對(duì)值僅用于比較不同試驗(yàn)方法應(yīng)力狀態(tài)的軟硬程度，不能用于定量的評(píng)價(jià)材料的塑性變形特征。8第8頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-1應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)9第9頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五思考：（1）預(yù)考查脆性材料的塑性，設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α取大還是取?。浚?）預(yù)考查塑性材料的脆性，設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α取大還是取?。康?0頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-2材料的壓縮1壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)（1）單向壓縮應(yīng)力狀態(tài)的軟性系數(shù)，非常適合脆性材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。如鑄鐵、鑄鋁合金、軸承合金等。

壓縮可以視為反向拉伸，拉伸試驗(yàn)時(shí)所定義的各個(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)中基本上都能應(yīng)用。第11頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-2材料的壓縮1壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)（2）拉伸時(shí)塑性很好的材料在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不會(huì)斷裂。脆性材料斷面與軸線夾角：45°第12頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-2材料的壓縮2壓縮實(shí)驗(yàn)（1）測(cè)試條件壓縮試樣為圓柱體、立方體或棱柱體；試樣的高度和直徑比應(yīng)取2.5-3.5；試件的兩端面必須光滑平整，相互平行，并涂潤(rùn)滑油或石墨粉進(jìn)行潤(rùn)滑；第13頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-2材料的壓縮2壓縮實(shí)驗(yàn)（2）壓縮實(shí)驗(yàn)通常在壓縮試驗(yàn)機(jī)上測(cè)出壓力F和壓縮量△h之間的關(guān)系，給出F-△h曲線，稱為壓縮圖或壓縮曲線。塑性材料與脆性材料的壓縮曲線具有不同的特點(diǎn)，見右圖。第14頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-2材料的壓縮2壓縮實(shí)驗(yàn)由壓縮曲線可確定壓縮強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。壓縮強(qiáng)度極限（抗壓強(qiáng)度）：

相對(duì)壓縮率：相對(duì)斷面擴(kuò)展率：其中，為試件壓縮斷裂時(shí)的載荷；和為試件的原始高度和斷裂時(shí)的高度；和為試件的原始截面積和斷裂時(shí)的截面積。第15頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-2材料的壓縮2壓縮實(shí)驗(yàn)壓環(huán)強(qiáng)度試驗(yàn)（1）測(cè)試條件圓環(huán)試件；試件需保持圓整度；表面無(wú)傷痕且壁厚均勻。（2）壓縮實(shí)驗(yàn)壓環(huán)強(qiáng)度：試件斷裂時(shí)1-1截面上的最大拉應(yīng)力

其中，為試件壓斷時(shí)的載荷，D為壓環(huán)外徑，t為試件壁厚，L為試件寬度。第16頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-2材料的壓縮2壓縮實(shí)驗(yàn)金屬管壓縮實(shí)驗(yàn)（GB3251）（1）測(cè)試條件管試件；試件需保持圓整度；表面無(wú)傷痕且壁厚均勻。H=2D（2）壓縮實(shí)驗(yàn)

象足膨脹第17頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-3材料的彎曲z應(yīng)力-應(yīng)變特點(diǎn)：桿件截面上應(yīng)力分布不均勻，呈線性分布規(guī)律，即：表面最大，中心為零。其整個(gè)橫截面上的應(yīng)力為正應(yīng)力。

MM中性層O縱向?qū)ΨQ面z第18頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-3材料的彎曲1彎曲實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)不受試樣偏斜的影響，可以穩(wěn)定地測(cè)定脆性材料和低塑性材料的抗彎強(qiáng)度，并能由撓度明顯地顯示脆性和低塑性材料的塑性。如鑄鐵、工具鋼、陶瓷等。彎曲實(shí)驗(yàn)不能使塑性很好的材料破壞，不能測(cè)定其斷裂彎曲強(qiáng)度，但可以比較一定彎曲條件下不同材料的塑性。彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)試樣斷面上的應(yīng)力分布是不均勻的，表面應(yīng)力最大，依此可以較靈敏地反映材料的表面缺陷，以檢查材料的表面質(zhì)量。第19頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-3材料的彎曲2彎曲試驗(yàn)第20頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-3材料的彎曲2彎曲試驗(yàn)彎曲試件：矩形截面、圓形截面彎曲試件的最大撓度表示材料的變形性能加載方式：三點(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲第21頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-3材料的彎曲2彎曲試驗(yàn)彎曲圖通過(guò)彎曲實(shí)驗(yàn)記錄彎曲載荷和最大撓度之間的曲線。測(cè)定斷裂時(shí)的抗彎強(qiáng)度：式中：——斷裂載荷下的最大彎矩。對(duì)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，；對(duì)四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，

W——試樣的彎曲截面系數(shù)另：可通過(guò)最大撓度比較不同材料的塑性。第22頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-3材料的彎曲2彎曲試驗(yàn)第23頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-3材料的彎曲2彎曲試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)的應(yīng)用（1）灰鑄鐵抗彎強(qiáng)度的測(cè)定采用鑄態(tài)毛坯圓柱試樣，加載速度小于0.1mm/s。（2）測(cè)定硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度采用方形或矩形截面的小尺寸試件，常用規(guī)格：5mm×5mm×30mm，跨距24mm（3）陶瓷材料抗彎強(qiáng)度測(cè)定采用方形或矩形截面的試件。

注意：同一材料多次測(cè)量求平均值第24頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第25頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-4材料的扭轉(zhuǎn)1應(yīng)力-應(yīng)變分析（1）彈性變形階段，橫截面上各點(diǎn)切應(yīng)力大小與該點(diǎn)距中心。與試樣軸線成45度角的兩個(gè)斜截面上承受最大拉應(yīng)力。（2）表面產(chǎn)生塑性變形后，各點(diǎn)切應(yīng)力仍與距中心的距離成正比，但切應(yīng)力水平卻因塑性變形而降低。第26頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-4材料的扭轉(zhuǎn)2扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)特點(diǎn)

1.應(yīng)力狀態(tài)的軟性系數(shù)?？蔀槔鞂?shí)驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)為脆性的材料測(cè)定有關(guān)塑性變形的抗力指標(biāo)。

2.圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，整個(gè)長(zhǎng)度上始終是均勻的塑性變形，不產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。故此，可精確評(píng)定拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)頸縮的高塑性金屬材料的變形能力與抗力指標(biāo)。

3.扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)是測(cè)定材料切斷抗力的最可靠的方法（因?qū)嶒?yàn)時(shí)正應(yīng)力≈切應(yīng)力）。

4.扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可明確區(qū)分金屬材料的最終斷裂方式：正斷與切斷，這是其他試驗(yàn)方式不能比的。

5.扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可以靈敏地反映材料的表面缺陷。第27頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-4材料的扭轉(zhuǎn)3扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)第28頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五切變模量：扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)：抗扭強(qiáng)度：式中：W—試樣截面系數(shù)，對(duì)于圓柱試樣2-4材料的扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一般常用圓柱試樣在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)每一時(shí)刻加于試樣上的扭矩T和扭轉(zhuǎn)角繪制成的T-φ曲線

稱扭轉(zhuǎn)圖。3扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)第29頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-4材料的扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試樣的斷口形態(tài)

對(duì)塑性材料和脆性材料來(lái)說(shuō)，都可在扭轉(zhuǎn)載荷下發(fā)生斷裂，其斷裂方式有以下幾種：切斷斷口：是切應(yīng)力作用下的切斷，斷口平整、垂直于試樣的軸向，斷面上有回旋狀的塑變痕跡。正斷斷口：是正應(yīng)力作用下的正斷，斷面與試樣軸線約成角，斷口呈螺旋狀或斜劈形狀?；旌蠑嗫冢阂话闶怯捎阱懺旎蜍堉七^(guò)程中使非金屬夾雜物或偏析物沿軸向分布，降低了軸向切斷抗力，形成縱向和橫向組合的斷口，呈層狀。第30頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-4材料的扭轉(zhuǎn)第31頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五思考：鑄鐵試件在壓縮和扭轉(zhuǎn)破壞時(shí),斷口方位都與軸線大致成45度角,其破壞原因是否相同？第32頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五成熟設(shè)計(jì)第33頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五縱臂被左右起伏的路面產(chǎn)生的扭力扭斷。第34頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五今年以來(lái)，有關(guān)大眾速騰后懸掛斷裂的車主投訴不絕于耳，在多家媒體的持續(xù)關(guān)注下，一汽大眾終于做出妥協(xié)于10月下旬宣布自2015年2月2日起在中國(guó)召回裝配了耦合桿式后懸架的563605輛新速騰并安裝金屬襯板。第35頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生“缺口效應(yīng)”。

拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等靜載荷試驗(yàn)方法，都是采用橫截面均勻的光滑試樣。但在實(shí)際生產(chǎn)中的機(jī)件，截面上往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、螺紋及焊縫等，這種截面變化的部位可稱為“缺口”。應(yīng)力集中系數(shù)36第36頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（一）缺口試樣在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布（薄板）

在拉應(yīng)力σ的作用下，缺口的存在使橫截面上的應(yīng)力分布不均勻：軸向應(yīng)力σy分布：σy在缺口根部最大，隨著距離x↑

，σy↓

，所以在缺口根部產(chǎn)生了應(yīng)力集中的現(xiàn)象。橫向應(yīng)力σx分布：缺口根部可自由變形，σx=0，遠(yuǎn)離x軸，變形阻力增大，σx↑，達(dá)到一定距離后，由于σy↓導(dǎo)致σx↓。2-5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)37第37頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

與薄板相比，厚板在垂直于板厚方向的收縮變形受到約束，即：（一）缺口試樣在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布（厚板）2-5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)38第38頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五屈雷斯加的屈服條件為:

所以，當(dāng)缺口尖端出現(xiàn)塑性變形后，最大應(yīng)力已不在缺口根部，而在其塑性變形與彈性變形的交界處ry，該處σy最大，所以σx、

σz也最大。σs=σmax

=σy-σx在缺口根部

σx=0,所以σmax=σy=σs

遠(yuǎn)離缺口根部由于

σx的存在,

σmax=σy-σx=σs；σy=σs+σx

如果滿足這一條件，屈服將由表面向心部擴(kuò)展。σz=v(σy+σx)

并且，隨塑性變形區(qū)尺寸的增加，其最大應(yīng)力處也將向心部移動(dòng)，但始終在其塑性變形與彈性變形的交界處，以及最大應(yīng)力值也將增加。2-5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)（一）缺口試樣在塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布（厚板）第39頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

對(duì)于塑性較高的材料，由于塑性變形能夠擴(kuò)展到心部，因此，缺口的存在將使其屈服強(qiáng)度得以提高。因而，缺口的存在將使塑性材料的強(qiáng)度提高。這種現(xiàn)象稱為“缺口強(qiáng)化”。是由于在缺口的前端出現(xiàn)了三向應(yīng)力狀態(tài)，使塑性變形受到約束而引起的。對(duì)于脆性材料，由于塑性變形僅能擴(kuò)展較少的距離，因此，其強(qiáng)度不僅不能得以提高，反而降低。并且，塑性材料的缺口強(qiáng)化，是在犧牲其塑性的條件下來(lái)達(dá)到的，不能看成是強(qiáng)化的手段。2-5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)（二）缺口強(qiáng)化40第40頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)（三）缺口試樣靜拉伸實(shí)驗(yàn)

通常用缺口強(qiáng)度比作為衡量靜拉伸下缺口敏感度指標(biāo)：

NSR=σbn/σb NSR屬安全力學(xué)性能指標(biāo)。 NSR越大缺口敏感度越小，對(duì)于脆性材料如鑄鐵，高碳鋼，其NSR<1，說(shuō)明這些材料對(duì)缺口很敏感。

利用缺口拉伸試驗(yàn)還能查明光滑拉伸試樣不能顯示的力學(xué)行為。第41頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五塑性金屬脆性金屬第42頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)（四）缺口試樣偏斜拉伸實(shí)驗(yàn)缺口強(qiáng)度比：

NSR=σbn/σb這種實(shí)驗(yàn)方法中，試樣同時(shí)承受拉伸與彎曲復(fù)合作用，缺口截面上的應(yīng)力分布更不均勻，跟能顯示出材料對(duì)缺口的敏感性。這種實(shí)驗(yàn)方法適合高強(qiáng)度螺栓的選材與熱處理工藝優(yōu)化，因?yàn)槁菟ㄓ腥笨?，而且工作時(shí)候難免有偏斜。第43頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

曲線下所包圍的面積，表示試樣從變形到斷裂的總功。

(1)只發(fā)生彈性變形的彈性功Ｉ;

(2)發(fā)生塑性變形的變形功以面積Ⅱ表示；

(3)在達(dá)到最大載荷Fmax時(shí)試樣即出現(xiàn)裂紋。如果裂紋到截荷該點(diǎn)時(shí)開始迅速擴(kuò)展，直至試樣完全破斷。這一部分功以面積Ⅲ表示，叫作撕裂功。

可用斷裂功，或Fmax/F1來(lái)表示材料的缺口敏感度。

F1—試樣發(fā)生斷裂所對(duì)應(yīng)的作用力。Fmax/F1=1時(shí)，缺口敏感度最大。2-5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)（五）缺口試樣靜彎曲實(shí)驗(yàn)44第44頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第45頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-5材料的硬度表面滲氮處理齒輪第46頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-5材料的硬度1、硬度表征材料軟硬程度的一種性能,隨試驗(yàn)方法的不同，物理意義不同。

2、硬度的種類

壓入法：布氏硬度、洛氏、維氏、普氏等。表征材料的塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力。應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)最大，α>2，幾乎所有的材料都能產(chǎn)生塑性變形。

刻劃法：莫氏硬度。表征材料對(duì)切斷的抗力。

回跳法：肖氏硬度。表征金屬?gòu)椥宰冃喂Φ拇笮　?/p>

同一類方式的硬度可以換算；不同類方式則只能采用同一材料進(jìn)行標(biāo)定。第47頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五刻劃法判斷材料的硬度。世界最大雕琢后的鉆石530ct第48頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五彈性回跳法判斷材料的硬度。

肖氏硬度計(jì)適用于測(cè)定黑色金屬和有色金屬的肖氏硬度值。用于測(cè)定橡膠、塑料、金屬材料等的硬度。

在橡膠、塑料行業(yè)中常稱作邵氏硬度。里氏硬度計(jì)第49頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2-5材料的硬度采用一定大小的載荷F，把直徑為D的鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬表面，保持一定時(shí)間卸載，然后計(jì)算出金屬表面壓痕陷入面積S上的名義平均應(yīng)力值，記為布氏硬度。符號(hào)為HBS（鋼球）或HBW（硬質(zhì)合金球）。一、布氏硬度第50頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五可見：在F和D一定時(shí)，h大則說(shuō)明材料的變形抗力低，硬度值小；反之，h小則說(shuō)明材料變形抗力高，硬度值大。直觀上，測(cè)量壓痕表面圓的直徑d要比測(cè)壓痕深度h更方便。由D、d、h三者之間的幾何關(guān)系可得：

因此，在一定的F和D下，布氏硬度值只與壓痕直徑d有關(guān)。

2-5材料的硬度一、布氏硬度第51頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五在布氏硬度實(shí)驗(yàn)中，為使同一材料在不同F(xiàn)和D的搭配中得到相同的布氏硬度值，要求遵循相似性規(guī)律。即：在不同的F和D搭配下測(cè)得的壓痕必須幾何形狀相似，也就是保證壓入角相等。∵由D、d和之間幾何關(guān)系，得：

∴當(dāng)壓入角不變時(shí)，為了使同一材料的HB值也不變，則要求必須保持為常數(shù)。此即由壓痕幾何相似原理推導(dǎo)出的F和D的選配原則。2-5材料的硬度一、布氏硬度第52頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五問(wèn)題：選擇多大的？大，那么壓痕深；否則，壓痕淺。對(duì)于布氏硬度測(cè)量，希望硬度不要太深，也不要太淺。因此對(duì)硬的材料，大一些，對(duì)軟的材料，小一些。試驗(yàn)表明，壓痕太深、太淺測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性都不好，大量試驗(yàn)表明，在下面的試驗(yàn)條件下，測(cè)量結(jié)果最為穩(wěn)定：當(dāng)2-5材料的硬度一、布氏硬度第53頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五載荷、壓頭直徑、保持時(shí)間是布氏硬度試驗(yàn)三要素。150HBS10/1000/30表示：硬度150，S表示采用淬火鋼球；10表示壓頭直徑10mm，1000表示載荷為1000Kg，30表示載荷保持時(shí)間為30s200HBW10/3000/10表示：硬度200，硬質(zhì)合金鋼球；壓頭直徑10mm，載荷3000Kg，載荷保持時(shí)間10s。2-5材料的硬度一、布氏硬度第54頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五優(yōu)點(diǎn)：壓痕面積大，反映較大范圍內(nèi)材料的硬度性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好，應(yīng)用廣泛適用于晶粒粗大、相組成復(fù)雜、相尺寸較大的材料缺點(diǎn)：為保證數(shù)據(jù)可靠，需根據(jù)材料的種類和試樣的厚薄更換壓頭。d=0.24~0.6D，h小于1/8厚度。屬有損檢測(cè)，壓痕較大，不能在成品表面進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)操作和壓痕測(cè)量費(fèi)時(shí)，工作效率低，不能連續(xù)檢測(cè)，在大批量生產(chǎn)檢驗(yàn)時(shí)不宜使用一、布氏硬度第55頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第56頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五誤差小于8%第57頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五思考：如何根據(jù)材質(zhì)軟硬、工件厚薄選擇壓頭大小？第58頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五洛氏硬度實(shí)驗(yàn)是目前應(yīng)用最廣泛的一種方法。與布氏硬度測(cè)試不同，它不是測(cè)定壓痕的面積，而是測(cè)定壓痕的深度來(lái)表征材料的硬度值。洛氏硬度實(shí)驗(yàn)的壓頭有兩種：一是圓錐角為的金剛石圓錐體；二是直徑為1.588mm的淬火鋼球。洛氏硬度實(shí)驗(yàn)時(shí)，載荷分兩次施加，先加初載荷，然后加主載荷，總載荷為2-5材料的硬度二、洛氏硬度第59頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

洛氏硬度試驗(yàn)以測(cè)量壓痕深度表示材料的硬度值。圖2-20為用金剛石圓錐體測(cè)定硬度過(guò)程示意圖。第60頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五從以上實(shí)驗(yàn)原理，若直接以深度h值表征硬度值，則會(huì)出現(xiàn)硬的材料h值小，軟的材料h值大的現(xiàn)象。即：金屬越硬，壓痕深度越??；金屬越軟，壓痕深度越大。為此，規(guī)定：用一常數(shù)K減去壓痕深度h的值來(lái)表征洛氏硬度值，并規(guī)定每0.002mm為一個(gè)洛氏硬度單位，符號(hào)為HR，則洛氏硬度值表示為：

式中：采用金剛石壓頭時(shí)，K=0.2mm；采用鋼球壓頭時(shí)，K=0.26mm（注：在洛氏硬度計(jì)刻度盤上分別用黑色盤和紅色盤表示）。2-5材料的硬度第61頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五圖不同壓頭和施加不同的總壓力，組成不同的洛氏硬度標(biāo)尺。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。62第62頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五洛氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：

1）因?yàn)橛捕戎悼蓮挠捕葯C(jī)的表盤上直接讀出，故測(cè)定洛氏硬度更為簡(jiǎn)便迅速,工效高；

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）因加有預(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。缺點(diǎn):1）不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無(wú)法相互比較。

2）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.3）試驗(yàn)力較大，不能用來(lái)測(cè)定極薄試樣、滲氮層及金屬鍍層。洛氏硬度的表示方法:60HRC63第63頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五表面洛氏硬度：70HR30N

洛氏硬度施加的壓力大，不宜用于測(cè)定極薄的工件和滲碳層及金屬鍍層。因此，根據(jù)洛氏硬度試驗(yàn)的原理，發(fā)展了表面洛氏硬度試驗(yàn)。1)載荷小。預(yù)載荷為3kgf(29.42N)，總載荷分別為15kgf，30kgf和45kgf(441.3N)。

2)計(jì)算公式為：

3)表示方法：硬度值HR表面硬度標(biāo)尺符號(hào)與洛氏硬度試驗(yàn)的主要不同點(diǎn)：

如：70HR30N。表示用294.2N(30公斤)的總載荷、金剛石圓錐壓頭測(cè)得的表面洛氏硬度值為70。第64頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五洛氏硬度壓痕65第65頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第66頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第67頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期五布氏硬度在滿足F/D2為定值時(shí)可使其硬度值統(tǒng)一，但為了避免鋼球產(chǎn)生永久變形，常規(guī)布氏硬度實(shí)驗(yàn)一般只可用于測(cè)定硬度小于HB450的材料，而洛氏硬度雖可用來(lái)測(cè)試各種材料的硬度，但不同標(biāo)尺的硬度值不能統(tǒng)