課題三金屬材料的硬度韌性及疲勞強(qiáng)度

課題三金屬材料的硬度韌性及疲勞強(qiáng)度第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度

圖1-4布氏硬度試驗(yàn)原理示意圖圖1-4布氏硬度試驗(yàn)原理示意圖第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度

布氏硬度表示方法及特點(diǎn)?布氏硬度的表示方法如下：硬度值＋硬度符號(hào)＋試驗(yàn)條件。例如：210HBS10/1000/30表示用10mm直徑的淬火鋼球作為壓頭，在1000kgf作用下，保持時(shí)間為30秒，測(cè)得的布氏硬度值為210；500HBW5/750表示用5mm直徑的硬質(zhì)合金球壓頭，在750kgf作用下，保持10~15秒（持續(xù)時(shí)間10~15秒時(shí)，可以不標(biāo)注），測(cè)得的布氏硬度值為500。

第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)用淬火鋼球作為壓頭時(shí)，用HBS表示，適用于布氏硬度低于450的材料；當(dāng)用硬質(zhì)合金球作為壓頭時(shí)，用HBW表示，適用于硬度值在450~650的材料。第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?

布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：壓痕面積較大，能較好反映材料的平均硬度；數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，重復(fù)性好。缺點(diǎn)是：測(cè)試麻煩，壓痕較大，不適合測(cè)量成品及薄件材料。目前，布氏硬度主要用于鑄鐵、非鐵金屬（如滑動(dòng)軸承合金等）及經(jīng)過(guò)退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材。第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度

?洛氏硬度原理洛氏硬度試驗(yàn)法是目前應(yīng)用最廣泛的硬度測(cè)試方法，它是直接用壓痕深度來(lái)確定硬度值的。試驗(yàn)時(shí)，用頂角為120°金剛石圓錐體或者用直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭，先加初載荷為98.07N(10kgf)，再加規(guī)定的主載荷，將壓頭壓入金屬材料的表面，卸去主載荷后，根據(jù)壓頭壓入的深度最終確定其硬度值。

第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?硬度是衡量金屬材料軟硬的指標(biāo)，是力學(xué)性能中最常用的性能之一。

?硬度的測(cè)定方法有一般分為壓入法、刻劃法、回跳法三類(lèi)。壓入法包括布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度等；刻劃法包括莫氏硬度等；回跳法包括肖氏硬度等。?生產(chǎn)中常用的是壓入法，生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的硬度測(cè)試方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。?硬度是一個(gè)由材料的彈性、強(qiáng)度、塑性、韌性等一系列不同力學(xué)性能組成的綜合性能指標(biāo)。第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度

?試驗(yàn)原理如圖1-5所示

圖1-5洛氏硬度試驗(yàn)原理示意圖第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?洛氏硬度的表示方法

?洛氏硬度沒(méi)有單位，是一個(gè)無(wú)量綱的力學(xué)性能指標(biāo)。最常用的是A、B、C三種標(biāo)尺，分別記作HRA、HRB、HRC。表1-3給出了三種標(biāo)尺的實(shí)驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用范圍．

?洛氏硬度的表示方法為：硬度值+硬度符號(hào)。例如，60HRC表示用C標(biāo)尺測(cè)得的洛氏硬度值為60。第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?洛氏硬度的特點(diǎn)及應(yīng)用洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量迅速簡(jiǎn)便，壓痕較小，可用于測(cè)量成品零件；缺點(diǎn)是：壓痕較小，測(cè)得的硬度值不夠準(zhǔn)確，并且各硬度標(biāo)尺之間沒(méi)有聯(lián)系，不同標(biāo)尺硬度值之間不能直接比較大小。洛氏硬度C標(biāo)尺應(yīng)用最廣泛。第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?維氏硬度維氏硬度試驗(yàn)法原理與布氏硬度基本相同．第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?維氏硬度的表示與應(yīng)用

?測(cè)出維氏硬度的表式方法為硬度值＋硬度符號(hào)＋測(cè)試條件。例如:620HV30/20表示在30kgf(249.3N)載荷作用下，保持20秒測(cè)得的維氏硬度值為620，如果保荷時(shí)間10~15秒可以不標(biāo)注，如620HV30。

?維氏硬度適合測(cè)定零件表面淬硬層及化學(xué)熱處理的表面層等；可以測(cè)量極軟到極硬的材料，由于維氏硬度只用一種標(biāo)尺，材料的硬度可以直接通過(guò)維氏硬度值比較大?。挥捎跍y(cè)量載荷可任意選擇，所以既可測(cè)尺寸厚大的材料，又能測(cè)很薄的材料．第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?金屬材料在斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力，稱(chēng)為金屬材料的韌性。

由于斷裂前金屬材料所受力的類(lèi)型、大小不同，材料的韌性也表現(xiàn)為不同的形式，這里介紹沖擊韌性和斷裂韌性。?沖擊韌性?斷裂韌性第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?

金屬材料在沖擊載荷作用下，抵抗變形、破壞的能力叫做沖擊韌性。材料沖擊韌性通常用一次沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，用沖擊吸收功表示沖擊韌性的大小。第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?擺錘式一次沖擊彎曲試驗(yàn)1-7擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)原理第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍通過(guò)測(cè)定材料在不同溫度下的沖擊吸收功，就可測(cè)出某種材料沖擊吸收功與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)。在某個(gè)溫度區(qū)間，沖擊吸收功發(fā)生急劇下降，試樣斷口由韌性斷口過(guò)渡為脆性斷口，這個(gè)溫度區(qū)間就稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍。韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫沖擊性能就越好。第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度圖1-8沖擊吸收功-溫度曲線(xiàn)溫度T沖擊吸收功Ak韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍上平臺(tái)下平臺(tái)第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?沖擊韌性的用途

AK是一個(gè)由強(qiáng)度和塑性共同決定的綜合性力學(xué)性能指標(biāo)，零件設(shè)計(jì)時(shí)，雖不能直接計(jì)算，但它是一個(gè)重要參考。主要應(yīng)用如下：?評(píng)定材料的低溫脆性情況，可以測(cè)定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍。?評(píng)定材料的冶金質(zhì)量和熱加工產(chǎn)品質(zhì)量。

?評(píng)定材料對(duì)大能量沖擊載荷的抵抗能力。第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?疲勞現(xiàn)象

疲勞斷裂是指在變動(dòng)載荷的作用下，零件經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間工作或多次應(yīng)力循環(huán)后所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象。?疲勞斷裂的特點(diǎn)?疲勞斷裂是一種低應(yīng)力脆斷，斷裂應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，甚至低于材料的彈性極限；

?斷裂前，零件沒(méi)有明顯的塑性變形，即使伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率ψ很高的塑性材料也是如此；?疲勞斷裂對(duì)材料的表面和內(nèi)部缺陷非常敏感，疲勞裂紋常在表面缺口（如螺紋、刀痕、油孔等）、脫碳層、夾渣物、碳化物及孔洞等處形成；?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分散性較大（手冊(cè)上的數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?零件疲勞失效的過(guò)程零件疲勞失效的過(guò)程可分為疲勞裂紋產(chǎn)生、疲勞裂紋擴(kuò)展和瞬時(shí)斷裂三個(gè)階段。疲勞斷口一般可明顯地分成三個(gè)區(qū)域，即疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)，如圖1-11所示。第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?圖1-11疲勞斷口示意圖

1-疲勞源 2-擴(kuò)展區(qū) 3-瞬時(shí)斷裂第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度及韌性?疲勞強(qiáng)度

疲勞強(qiáng)度是指材料經(jīng)受無(wú)限次循環(huán)應(yīng)力也不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力值，記作σD，就是疲勞曲線(xiàn)中的平臺(tái)位置對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。通常，材料的疲勞強(qiáng)度是在對(duì)稱(chēng)彎曲條件下測(cè)定的，對(duì)稱(chēng)彎曲疲勞強(qiáng)度記作σ-1。第二十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五§課題三金屬材料的硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度?提高疲勞強(qiáng)度的途徑?合理的選擇材料。?零件設(shè)計(jì)時(shí)形狀、尺寸合理。?降低零件表面