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1、第二章第二章 金属在其它静加载下的金属在其它静加载下的力学性能力学性能11.研究原因研究原因（1）不同的应力状态；）不同的应力状态；单向拉伸：单向拉伸：=0.5，应力状态过硬应力状态过硬 扭转、弯曲等：扭转、弯曲等：0.5，应力状态较软应力状态较软（2）用于工程设计与选材；用于工程设计与选材；2.研究内容研究内容 扭转、弯曲、压缩、硬度、缺口试样静拉伸。扭转、弯曲、压缩、硬度、缺口试样静拉伸。第二章第二章 金属在其它静加载下的金属在其它静加载下的力学性能力学性能22-1 弯曲和压缩弯曲和压缩一、弯曲一、弯曲（一）弯曲力学性能（一）弯曲力学性能1.弯曲试验弯曲试验第二章第二章 金属在其它静加载下
2、的金属在其它静加载下的力学性能力学性能32-1 弯曲和压缩弯曲和压缩侧侧表面最大正应力表面最大正应力maxmax=式中：式中：Mmax最大弯矩；最大弯矩；W抗弯截面系数；抗弯截面系数；42.弯曲力学性能指标弯曲力学性能指标（1）抗弯强度）抗弯强度bb:对于脆性材料和低塑性材料对于脆性材料和低塑性材料 式中：式中：Mb试样断裂前的最大弯矩试样断裂前的最大弯矩（2）塑性）塑性：用弯曲最大挠度：用弯曲最大挠度fmax表示表示 2-1 弯曲和压缩弯曲和压缩5（二）弯曲试验的特点和应用二）弯曲试验的特点和应用1.测定铸铁等脆性材料的断裂强度；测定铸铁等脆性材料的断裂强度；2.测定表面处理层的质量和性能；
3、测定表面处理层的质量和性能；3.不适于塑性好的金属。不适于塑性好的金属。二、压缩二、压缩 单向压缩时应力状态的软性系数大，故用于测定脆性单向压缩时应力状态的软性系数大，故用于测定脆性材料，如铸铁、轴承合金、水泥和砖石等的力学性能。材料，如铸铁、轴承合金、水泥和砖石等的力学性能。由于压缩时的应力状态较软，故在拉伸、扭转和弯曲由于压缩时的应力状态较软，故在拉伸、扭转和弯曲试验时不能显示的力学行为，而在压缩时有可能获得。试验时不能显示的力学行为，而在压缩时有可能获得。2-1 弯曲和压缩弯曲和压缩6 压缩可以看作是反向拉伸。因此，拉伸试验时所定压缩可以看作是反向拉伸。因此，拉伸试验时所定义的各个力学性
4、能指标和相应的计算公式，在压缩试验义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在压缩试验中基本上都能应用。中基本上都能应用。1.1.压缩曲线压缩曲线图图2-2 2-2 压缩载荷变形曲线压缩载荷变形曲线,1-,1-塑性材料，塑性材料，2-2-脆性材料脆性材料2-1 弯曲和压缩弯曲和压缩72.2.力学性能指标力学性能指标 根据压缩曲线，可以求出压缩强度和塑性指标。根据压缩曲线，可以求出压缩强度和塑性指标。对于低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度对于低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度bcbc，相对压缩率相对压缩率0 0和相对断面扩展率和相对断面扩展率c c。（1 1）抗压强度抗压强度bcbc bcbc=P=
5、Pbcbc/A/A0 0 （2 2）相对压缩率相对压缩率0 0 0 0=(h=(h0 0-h-hk k)/h)/h0 0100100 （3 3）相对断面扩展率相对断面扩展率c c c c=(A=(Ak k-A-A0 0)/A)/A0 0100100 式中式中P Pbcbc为试件压缩断裂时的载荷为试件压缩断裂时的载荷;h;h0 0和和h hk k分别为试件分别为试件的原始高度和断裂时的高度；的原始高度和断裂时的高度；A A0 0和和A Ak k分别为试件的原始分别为试件的原始截面积和断裂时的截面积。截面积和断裂时的截面积。常用的压缩试件为圆柱体。试件的高度和直径之比常用的压缩试件为圆柱体。试件的
6、高度和直径之比A A0 0d d0 0应取应取1.5-2.01.5-2.0。2-1 弯曲和压缩弯曲和压缩82-2 扭转扭转一、扭转试验测定的力学性能指标一、扭转试验测定的力学性能指标1.扭转试验扭转试验（1）应力应变状态）应力应变状态与轴线成450的两个斜面上承受最大正应力；与轴线平行和垂直的平面上承受最大切应力。9（2）弹性变形阶段）弹性变形阶段 切应力和切应变沿半径方向的分布都是线性的。切应力和切应变沿半径方向的分布都是线性的。（3）表层产生塑性变形后）表层产生塑性变形后2-2 扭转扭转10（4 4）在弹性变形范围内，材料力学给出了圆杆表面的）在弹性变形范围内，材料力学给出了圆杆表面的 切
7、应力切应力计算公式如下计算公式如下 =M/W =M/W 式中式中M M为扭矩；为扭矩；W W为截面系数。为截面系数。对于实心圆杆，对于实心圆杆，W Wdd0 03 31616；对于空心圆杆对于空心圆杆,W=d,W=d0 03 3(1-d(1-d1 14 4/d/d0 04 4)16,16,其中其中d d0 0为外径，为外径，d d1 1为内径。为内径。因切应力作用而在圆杆表面产生的因切应力作用而在圆杆表面产生的切应变切应变为为 =tgtg=d=d0 0/2l/2l0 0100100 为扭转角为扭转角;l;l0 0为杆的长度为杆的长度2-2 扭转扭转112.2.扭转力学性能指标扭转力学性能指标
8、扭转图扭转图 利用扭转图，确定材料的切变模量利用扭转图，确定材料的切变模量G G，扭转比例极限扭转比例极限p p,扭转屈服强度扭转屈服强度0.30.3,和抗扭强度和抗扭强度b b。2-2 扭转扭转12（1 1）剪切弹性模量）剪切弹性模量 G=/=32MlG=/=32Ml0 0(d(d0 04 4)（2 2）扭转比例极限扭转比例极限P P p p=M=Mp p/W /W 式中式中M Mp p为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。（3 3）扭转屈服强度）扭转屈服强度0.30.3 0.3 0.3=M=M0.3 0.3/W /W 式中式中M M0.30.3为残余扭转切应变为为
9、残余扭转切应变为0.3%0.3%时的扭矩。时的扭矩。（4 4）抗扭强度）抗扭强度b b b b=M=Mb b/W /W 式中式中M Mb b为试件断裂前的最大扭矩。为试件断裂前的最大扭矩。2-2 扭转扭转13二、扭转试验的特点及应用二、扭转试验的特点及应用(1)(1)扭转时应力状态的柔度系数较大，扭转时应力状态的柔度系数较大，因因而而可可用用于于测测定定那那些些在在拉拉伸伸时时表表现现为为脆脆性性的的材材料料，如如淬火低温回火工具钢的塑性。淬火低温回火工具钢的塑性。(2)(2)圆圆柱柱试试件件在在扭扭转转试试验验时时，整整个个长长度度上上的的塑塑性性变变形形始始终终是是均均匀匀的的，其其截截面
10、面及及标标距距长长度度基基本本保保持持不不变变，不不会会出出现静拉伸时试件上发生的颈缩现象。现静拉伸时试件上发生的颈缩现象。因因此此，可可用用扭扭转转试试验验精精确确地地测测定定高高塑塑性性材材料料的的变变形形抗抗力力和和变变形形能能力力，而而这这在在单单向向拉拉伸伸或或压压缩缩试试验验时时是是难难以以做到的。做到的。(3)(3)扭扭转转试试验验可可以以明明确确地地区区分分材材料料的的断断裂裂方方式式，正正断断或或切断。切断。2-2 扭转扭转14(4)(4)扭转试验时，试件截面上的应力应变分布表明，扭转试验时，试件截面上的应力应变分布表明，它将它将对金属表面缺陷显示很大的敏感性对金属表面缺陷显
11、示很大的敏感性 因此，可利用扭转试验研究或检验工件热处理的表因此，可利用扭转试验研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。面质量和各种表面强化工艺的效果。(5)(5)扭转试验时，试件受到较大的切应力；扭转试验时，试件受到较大的切应力；因而还被广泛地应用于研究有关初始塑性变形的非同因而还被广泛地应用于研究有关初始塑性变形的非同时性的问题，如弹性后效、弹性滞后以及内耗等时性的问题，如弹性后效、弹性滞后以及内耗等2-2 扭转扭转152-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能缺口的概念缺口的概念 广义上讲，截面急剧变化；广义上讲，截面急剧变化；狭义上讲，材料内部组织
12、不均匀。狭义上讲，材料内部组织不均匀。使材料变脆的重要原因：使材料变脆的重要原因：1.缺口缺口：（：（1）宏观缺口；（）宏观缺口；（2）微观缺口）微观缺口2.形变速率提高；形变速率提高；3.使用温度降低。使用温度降低。16一、缺口效应一、缺口效应（一）缺口试样在弹性状态下的应力分布（一）缺口试样在弹性状态下的应力分布 如图所示，薄板开有缺口，受拉应力低于弹性极限如图所示，薄板开有缺口，受拉应力低于弹性极限2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能171.缺口第一效应：造成应力应变集中缺口第一效应：造成应力应变集中 应力集中应力集中：缺口根部：缺口根部 应力集中程度：用系数
13、应力集中程度：用系数kt表示表示 应力集中影响因素：缺口几何参数应力集中影响因素：缺口几何参数 应变集中应变集中：缺口根部附近区域：缺口根部附近区域2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能182.2.缺口第二效应：缺口前方的应力状态发生了改变缺口第二效应：缺口前方的应力状态发生了改变 （1）薄板情况）薄板情况：Z=0，Z0（平面应力状态）平面应力状态）缺口截面上出现了横向拉应力缺口截面上出现了横向拉应力X2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能19结果结果 .薄板中心是两向拉伸的平面应力状态；薄板中心是两向拉伸的平面应力状态；.缺口根部（缺口根部
14、（X=0）为单向拉伸状态。为单向拉伸状态。原因原因 将薄板分成一些很小的拉伸试样将薄板分成一些很小的拉伸试样 .材料横向收缩引起（材料横向收缩引起（x=y）；）；.材料横向变形连续性要求。材料横向变形连续性要求。2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能20（2）厚板情况）厚板情况：Z0，Z=0（平面应变状态）平面应变状态）结果结果 .在缺口内侧为三向应力状态；在缺口内侧为三向应力状态；.在缺口根部为两向应力状态。在缺口根部为两向应力状态。原因：原因：Z=（X+Y）2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能21（二）缺口试样在塑性状态下的应力分布（二
15、）缺口试样在塑性状态下的应力分布 第三缺口效应：缺口使塑性材料强度升高、塑性下降。第三缺口效应：缺口使塑性材料强度升高、塑性下降。1.缺口根部缺口根部 由特雷斯加判据：由特雷斯加判据：S=YX=S，S为屈服强度为屈服强度 X=0，S=Y=S 缺口试样根部首先屈服缺口试样根部首先屈服2.缺口内侧缺口内侧 （1）X0，Y=X+S，Z=（X+Y）（2）由于稍后心部也发生屈服，必须增加由于稍后心部也发生屈服，必须增加Y，以以满足特雷斯加判据：满足特雷斯加判据：S=YX=S。2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能22（3）塑变时，）塑变时，Y引起的横向收缩比弹性变形大一倍，需引
16、起的横向收缩比弹性变形大一倍，需较高的较高的X才能维持连续变形，所以才能维持连续变形，所以X增大。增大。（4）Z=（X+Y），），Z也也增大增大（5）X、Y 和和Z增加到塑性区和弹性区交界处为止。增加到塑性区和弹性区交界处为止。2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能233.缺口强化缺口强化 在有缺口条件下，由于出现三向应力，试样屈服强在有缺口条件下，由于出现三向应力，试样屈服强度比单向拉伸时高的现象。度比单向拉伸时高的现象。几点说明：几点说明：二、缺口试样静拉伸二、缺口试样静拉伸 缺口敏感性：金属材料因存在缺口造成三向应力状缺口敏感性：金属材料因存在缺口造成三向应力状
17、态和应力应变集中而变脆的倾向。态和应力应变集中而变脆的倾向。静拉伸试验静拉伸试验 静载荷试验静载荷试验 偏斜拉伸试验偏斜拉伸试验缺口敏感性试验缺口敏感性试验 静弯曲试验静弯曲试验 冲击载荷试验冲击载荷试验2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能241.缺口试样静拉伸和偏斜拉伸缺口试样静拉伸和偏斜拉伸 缺口敏感度缺口敏感度：qe，NSR（1）影响缺口敏感性的因素影响缺口敏感性的因素 材料本身性能；材料本身性能；应力状态；应力状态；缺口形状与尺寸；缺口形状与尺寸；试验温度。试验温度。2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能25（2）缺口敏感度的测定）
18、缺口敏感度的测定（3）静拉伸试验的应用）静拉伸试验的应用（4）偏斜拉伸试验）偏斜拉伸试验 偏斜拉伸缺口敏感度偏斜拉伸缺口敏感度 应用应用：见下张幻灯片：见下张幻灯片2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能26高强度螺钉的选材和热处理工艺的制定。高强度螺钉的选材和热处理工艺的制定。静拉伸时，两种回火工艺缺口敏感度相同（静拉伸时，两种回火工艺缺口敏感度相同（qe=1.2);偏斜拉伸时，对偏斜敏感性明显不同。偏斜拉伸时，对偏斜敏感性明显不同。2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能272.缺口试样静弯曲缺口试样静弯曲（1）缺口静弯曲试验方法：）缺口静弯
19、曲试验方法：2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能28缺口弯曲曲线：载荷缺口弯曲曲线：载荷-挠度（位移）曲线挠度（位移）曲线（2）评定缺口敏感性的方法）评定缺口敏感性的方法 根据断裂时的残余挠度根据断裂时的残余挠度：见图：见图5-72-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能29根据断裂时弯曲断裂点的位置根据断裂时弯曲断裂点的位置：见图：见图2-17 以以Fmax/F1衡量衡量 以断裂功大小衡量以断裂功大小衡量（3）缺口静弯曲试验的应用）缺口静弯曲试验的应用2-3 缺口试样在静载荷下的力学性能缺口试样在静载荷下的力学性能302-4 硬度硬度 前言前
20、言 古时，利用固体互相刻划来区分材料的软硬古时，利用固体互相刻划来区分材料的软硬 目前，硬度仍用来表示材料的软硬程度。目前，硬度仍用来表示材料的软硬程度。硬硬度度值值大大小小取取决决于于材材料料的的性性质质、成成分分和和显显微微组组织织，测量方法和条件不符合统一标准就不能反映真实硬度。测量方法和条件不符合统一标准就不能反映真实硬度。硬硬度度测测定定简简便便，造造成成的的表表面面损损伤伤小小，基基本本上上属属于于“无损无损”检测的范畴。检测的范畴。测测定定硬硬度度的的方方法法很很多多，主主要要有有压压入入法法，回回跳跳法法和和刻刻划法三大类。划法三大类。31 布氏硬度布氏硬度 静载压入法静载压入
21、法 洛氏硬度洛氏硬度 压入法压入法 维氏硬度维氏硬度 显微硬度显微硬度 1.硬度试验硬度试验 肖氏硬度肖氏硬度 动载压入动载压入法法 锤击式布氏硬度锤击式布氏硬度 刻划法刻划法2-4 硬度硬度322.硬度的物理意义硬度的物理意义3.压入法硬度试验的特点及应用压入法硬度试验的特点及应用 工业上主要采用压入法硬度试验。工业上主要采用压入法硬度试验。2-4 硬度硬度332-4 硬度硬度一、布氏硬度一、布氏硬度1.试验原理试验原理（1 1）压力将淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面；）压力将淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面；（2 2）保持规定的时间后卸除压力，试件表面留下压痕；）保持规定的时间后卸
22、除压力，试件表面留下压痕；（3 3）单位压痕表面积上所承受的平均压力即定义为布）单位压痕表面积上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值。氏硬度值。342.计算公式计算公式 施施加加压压力力P P（kg),kg),压压头头直直径径D(mm),D(mm),压压痕痕深深度度h(mm)h(mm)或或直直径径d(mm),d(mm),计计算算出出布布氏氏硬硬度度值值，单单位位为为kgf/mmkgf/mm2 2（一一般不标注）。般不标注）。公公式式表表明明，当当压压力力和和压压头头直直径径一一定定时时，压压痕痕直直径径越越大大，布布氏氏硬硬度度值值越越低低，即即变变形形抗抗力力越越小小；反反之之，布布氏氏硬硬度
23、值越高。度值越高。2-4 硬度硬度353.标注方法标注方法（1 1）符号表示）符号表示 HBSHBS：压头为淬火钢球压头为淬火钢球；HBWHBW：压头为硬质合金球。压头为硬质合金球。（2 2）表示方法表示方法 硬度值硬度值+硬度符号硬度符号+压头直径压头直径+压力压力+保持时间。保持时间。例：例：150HBSl0150HBSl0300030003030 表表示示用用10mm10mm直直径径淬淬火火钢钢球球，加加压压3000kgf3000kgf，保保持持30s30s，测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为150150；例：例：500HBW5500HBW5750750 表表示示用用硬硬质质合合金金球
24、球，压压头头直直轻轻5mm5mm，加加压压750kgf750kgf，保保持持10-1510-15秒秒(保保持持时时间间为为10-1510-15，不不加加标标注注)，测测得得布布氏氏硬度值为硬度值为500500。2-4 硬度硬度36（3）常用表示法：）常用表示法：HB300，一般不写单位一般不写单位4.相似原理相似原理 由于不同材料的硬度不同，试件的厚度不同，测定由于不同材料的硬度不同，试件的厚度不同，测定布氏硬度时需选用不同直径的压头和压力。要在同一材布氏硬度时需选用不同直径的压头和压力。要在同一材料上测得相同的布氏硬度，或在不同的材料上测得的硬料上测得相同的布氏硬度，或在不同的材料上测得的硬
25、度可以相互比较，压痕的形状必须几何相似，压入角度可以相互比较，压痕的形状必须几何相似，压入角（从压头圆心到压痕两端的连线之间的夹角）应相等。（从压头圆心到压痕两端的连线之间的夹角）应相等。测试的布氏硬度相同时，要保证压入角相等，则测试的布氏硬度相同时，要保证压入角相等，则P/DP/D2 2应为常数。应为常数。5.5.试验规范试验规范 国标国标GB231-84GB231-84根据材料的种类及布氏硬度范围，规定根据材料的种类及布氏硬度范围，规定了了7 7种种P/D2P/D2之值，见表之值，见表2-22-2。2-4 硬度硬度37 压头直径选定压头直径选定:试件的厚度应大于压痕深度的试件的厚度应大于压
26、痕深度的1010倍。倍。尽可能选用大直径的压头。尽可能选用大直径的压头。根据材料及其硬度范围，参照表根据材料及其硬度范围，参照表2-22-2选择选择P/DP/D2 2。测试加载压力：测试加载压力：与试件表面垂直，均匀平稳，无冲击。与试件表面垂直，均匀平稳，无冲击。压力作用下的保持时间：压力作用下的保持时间：对对黑黑色色金金属属应应为为1010秒秒，有有色色金金属属为为3030秒秒，对对HBHB3535的材料为的材料为6060秒。压痕直径秒。压痕直径d d不在不在0.25 0.25 0.6 D 0.6 D 范围无效。范围无效。6.锤击式布氏硬度计：简易，现场用锤击式布氏硬度计：简易，现场用2-4
27、 硬度硬度387.7.布氏硬度的特点和适用范围布氏硬度的特点和适用范围 压压痕痕面面积积大大，能能反反映映出出较较大大范范围围内内材材料料各各组组成成相相的的综综合合平平均均性性能能，不不受受个个别别相相和和微微区区不不均均匀匀性性的的影影响响。布布氏硬度分散性小，重复性好氏硬度分散性小，重复性好 适适合合于于测测定定粗粗大大晶晶粒粒或或粗粗大大组组成成相相的的材材料料的的硬硬度度，象灰铸铁和轴承合金等。象灰铸铁和轴承合金等。试试验验证证明明，在在一一定定的的条条件件下下，布布氏氏硬硬度度与与抗抗拉拉强强度度存存在在如下的经验关系如下的经验关系 b b=k HB =k HB 式中式中k k为经
28、验常数，随材料不同而异。为经验常数，随材料不同而异。压压痕痕较较大大，不不宜宜在在实实际际零零件件表表面面、薄薄壁壁件件、表表面面硬硬化层上测定布氏硬度。化层上测定布氏硬度。淬火钢球作压头，测定淬火钢球作压头，测定HBHB450450的材料的硬度；的材料的硬度；硬质合金球作压头，测定的硬度可达硬质合金球作压头，测定的硬度可达650HB650HB2-4 硬度硬度39二、洛氏硬度二、洛氏硬度1.试验原理试验原理 洛洛氏氏硬硬度度是是直直接接测测量量压压痕痕深深度度，压压痕痕愈愈浅浅表表示示材材料料愈硬。愈硬。常用的压头：常用的压头：顶角为顶角为1201200 0的金刚石圆锥体的金刚石圆锥体 直径为
29、直径为1.588mm(11.588mm(11616英寸英寸)的钢球压头的钢球压头2.2.试验过程试验过程2-4 硬度硬度40（1 1）试验程序）试验程序：先加先加10kg10kg预压力，再加主压力。预压力，再加主压力。预预压压力力+主主压压力力=总总压压力力，总总压压力力视视材材料料的的软软硬硬而而定定；不不同同压压头头和和施施加加不不同同的的总总压压力力，组组成成不不同同的的洛洛氏氏硬硬度度标标尺。尺。常常用用A A、B B和和C C三三种种标标尺尺，C C标标尺尺最最普普遍遍。用用这这三三种种标标尺的硬度记为尺的硬度记为HRAHRA、HRBHRB和和HRCHRC。2-4 硬度硬度41（2）
30、试验步骤）试验步骤 2-4 硬度硬度42先加先加10kgf10kgf预载，压入材料表面的深度为预载，压入材料表面的深度为t t0 0，此时表此时表盘上的指针指向零点盘上的指针指向零点(见图见图(a)(a)。然后再加上然后再加上140kgf140kgf主载荷，压头压入表面的深度为主载荷，压头压入表面的深度为t t1 1，表盘上的指针逆时针方向转到相应的刻度表盘上的指针逆时针方向转到相应的刻度(见图见图(b)(b)。卸卸除除主主载载荷荷以以后后，表表面面变变形形中中的的弹弹性性部部分分将将回回复复，压压头头将将回回升升一一段段距距离离(t(t1 1-t)-t)，表表盘盘上上的的指指针针将将相相应应
31、地地回回转转(见图见图(c)(c)。最后，在试件表面留下的残余压痕深度为最后，在试件表面留下的残余压痕深度为t t。3.3.计算公式计算公式 为为符符合合人人的的思思维维，即即数数值值越越大大越越硬硬，规规定定：t t0.2mm0.2mm时时,HRC,HRC 0 0；t t 0,HRC0,HRC 100100，压压 痕痕 深深 度度 每每 增增0.002mm,HRC0.002mm,HRC降低降低1 1个单位。于是有个单位。于是有 HRCHRC(0.2-t)(0.2-t)0.0020.002100-t100-t0.002 0.002 2-4 硬度硬度434.4.试验规范：见教材表试验规范：见教材
32、表5.5.洛氏硬度的优缺点及其应用洛氏硬度的优缺点及其应用（1 1）优点：）优点：因因为为硬硬度度值值可可从从硬硬度度机机的的表表盘盘上上直直接接读读出出，故故测测定定洛洛氏硬度更为简便迅速氏硬度更为简便迅速,工效高；工效高；对对试试件件表表面面造造成成的的损损伤伤较较小小，可可用用于于成成品品零零件件的的质质量量检验；检验；因因加加有有预预载载荷荷，可可以以消消除除表表面面轻轻微微的的不不平平度度对对试试验验结结果的影响。果的影响。（2 2）缺点）缺点:不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较。不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较。由由于于压压痕痕小小，所所以以洛洛氏氏硬硬度度对对材材料料组组织织不不均
33、均匀匀性性很很敏敏感，测试结果比较分散，重复性差感，测试结果比较分散，重复性差.2-4 硬度硬度442-4 硬度硬度6.6.表面洛氏硬度表面洛氏硬度 洛洛氏氏硬硬度度施施加加的的压压力力大大，不不宜宜用用于于测测定定极极薄薄的的工工件件和表面硬化层和表面硬化层.发展了表面洛氏硬度试验。发展了表面洛氏硬度试验。与普通洛氏硬度主要不同点：与普通洛氏硬度主要不同点：1 1）预预 载载 荷荷 为为 3kgf(29.42N)3kgf(29.42N)，总总 载载 荷荷 比比 较较 小小,分分 别别 为为 15kgf,30kgf15kgf,30kgf和和45kgf(441.3N)45kgf(441.3N)2
34、 2）取取 t t 0.1mm0.1mm时时 的的 洛洛 氏氏 硬硬 度度 为为 零零，深深 度度 每每 增增 大大0.001mm,0.001mm,表面洛氏硬度降低一个单位。表面洛氏硬度降低一个单位。45三、维氏硬度三、维氏硬度1 1.测定原理和方法测定原理和方法（1 1）维维氏氏硬硬度度测测定定的的原原理理与与方方法法基基本本上上与与布布氏氏硬硬度度的的相相同同，根根据据单单位位压压痕痕表表面面积积上上所所承承受受的的压压力力来来定定义义硬硬度度值。值。（2 2）测测定定维维氏氏硬硬度度所所用用的的压压头头为为金金刚刚石石制制成成的的四四方方角角锥体，两相对面间的夹角为锥体，两相对面间的夹角
35、为1361360 0，所加的载荷较小。，所加的载荷较小。2-4 硬度硬度462.2.计算公式计算公式 已已知知载载荷荷P P，测测得得压压痕痕两两对对角角线线长长度度后后取取平平均均值值d d，计算维氏硬度值，单位为计算维氏硬度值，单位为kgf/mmkgf/mm2 2（一般不标注）一般不标注）HV=1.8544P/dHV=1.8544P/d2 2（N/mmN/mm2 2)=0.1891P/d)=0.1891P/d2 2(kgf/mm(kgf/mm2 2)载载 荷荷 为为 5kgf,10kgf5kgf,10kgf，20kgf20kgf，30kgf30kgf，50kgf50kgf和和100kgf1
36、00kgf等等6 6种种压压头头压压入入试试件件表表面面，保保持持一一定定的的时时间间后后卸卸除除压压力力，试试件件表表面上留下压痕，如图面上留下压痕，如图4-44-4所示。所示。2-4 硬度硬度473.3.表示方法表示方法 维氏硬度的表示方法与布氏硬度的相同，维氏硬度的表示方法与布氏硬度的相同，例：例：640HV30640HV302020 最前数字为硬度值，后面数字依次为载荷最前数字为硬度值，后面数字依次为载荷/保持时间。保持时间。一般为一般为HV6402-4 硬度硬度484.4.维氏硬度的特点和应用维氏硬度的特点和应用（1 1）维维氏氏硬硬度度测测试试采采用用了了四四方方角角锥锥体体压压头
37、头，各各种种载载荷荷作作用用下下所所得得的的压压痕痕几几何何相相似似，载载荷荷大大小小任任意意选选择择，所所得得硬硬度度值值均均相相同同，不不受受布布氏氏法法那那种种载载荷荷P P和和压压头头D D的的规规定定条条件件的约束。的约束。（2 2）测量范围较宽，软硬材料都可测。）测量范围较宽，软硬材料都可测。（3 3）压压痕痕为为一一轮轮廓廓清清晰晰的的正正方方形形，对对角角线线长长度度易易于于精精确确测量，故精度较布氏法的高。测量，故精度较布氏法的高。（4 4）材材料料的的硬硬度度小小于于450HV450HV时时，维维氏氏硬硬度度值值与与布布氏氏硬硬度度值值大致相同。大致相同。2-4 硬度硬度4
38、9四、显微硬度四、显微硬度布、洛及维氏三种硬度试验只能测得材料的平均硬度值布、洛及维氏三种硬度试验只能测得材料的平均硬度值测测定定极极小小范范围围内内的的硬硬度度，需需用用显显微微硬硬度度试试验验，例例如如某某个个晶粒，某个组成相或夹杂物的硬度晶粒，某个组成相或夹杂物的硬度显显微微硬硬度度试试验验一一般般是是指指测测试试载载荷荷小小于于200g200g力力的的硬硬度度试试验验，常用的有显微维氏硬度和努氏硬度。常用的有显微维氏硬度和努氏硬度。2-4 硬度硬度501.1.显微维氏硬度显微维氏硬度 显显微微维维氏氏硬硬度度试试验验实实质质上上就就是是小小载载荷荷的的维维氏氏硬硬度度试试验，其测试原理
39、和维氏硬度试验相同，用验，其测试原理和维氏硬度试验相同，用HMHM表示。表示。测测试试载载荷荷小小，载载荷荷与与压压痕痕之之间间的的关关系系不不一一定定像像维维氏氏硬硬度度试试验验符符合合几几何何相相似似原原理理，必必须须注注明明载载荷荷大大小小，以以便便比比较。较。如如340HM0.1340HM0.1表示用表示用0.1kgf0.1kgf的载荷测得的维氏显微硬度为的载荷测得的维氏显微硬度为340340，340HM0.05340HM0.05则是表示用则是表示用0.05kgf0.05kgf的载荷测得的硬度为的载荷测得的硬度为340.340.2-4 硬度硬度512.2.努氏硬度努氏硬度（1 1）压头
40、形状）压头形状 长长棱棱形形金金刚刚石石压压头头，两两长长棱棱夹夹角角为为172.50172.50，两两短短棱棱夹夹角角为为1301300 0(见图见图2-22)2-22)。压痕是长对角线比短对角线长度大。压痕是长对角线比短对角线长度大7 7倍。倍。(2)(2)计算公式计算公式努氏硬度值与维氏硬度不同，定义单位压痕投影面积上所承受的努氏硬度值与维氏硬度不同，定义单位压痕投影面积上所承受的力。已知载荷力。已知载荷P P、压痕长对角线长度压痕长对角线长度L L，计算努氏硬度值计算努氏硬度值(HK)(HK)HK HK14.22P/L14.22P/L2 2 (N/mm(N/mm2 2);HK=1.45
41、1P/L);HK=1.451P/L2 2(kg/mm(kg/mm2 2)压痕浅而细长，较维氏法优越。压痕浅而细长，较维氏法优越。适于测定极薄层或极薄零件，丝、带等细长件以及硬而脆的适于测定极薄层或极薄零件，丝、带等细长件以及硬而脆的材料材料(如玻璃、玛瑙、陶瓷等如玻璃、玛瑙、陶瓷等)的硬度。测量精度和对表面状况的的硬度。测量精度和对表面状况的敏感度也更高。敏感度也更高。2-4 硬度硬度523.3.显微硬度试验特点及应用显微硬度试验特点及应用 特点：特点：1 1）载载荷荷小小，压压痕痕极极小小，几几乎乎不不损损坏坏试试件件，便便于于测定微小区域内的硬度值。测定微小区域内的硬度值。2 2）灵敏度高
42、。）灵敏度高。2-4 硬度硬度53.五、肖氏硬度（回跳硬度）五、肖氏硬度（回跳硬度）1.1.原理：原理：金金刚刚石石圆圆头头或或钢钢锭锭球球的的标标准准冲冲头头从从一一定定高高度度h h0 0自自由由下下落落到到试试件件表表面面，因因试试件件的的弹弹性性变变形形使使其其回回跳跳到到某某高高度度h h，用两个高度的比值计算肖氏硬度值用两个高度的比值计算肖氏硬度值 HS=Kh/hHS=Kh/h0 0 HSHS为为肖肖氏氏硬硬度度，K K为为肖肖氏氏硬硬度度系系数数，C C型型肖肖氏氏硬硬度度计计K=10K=104 4/65 /65 ；D D型肖氏硬度计型肖氏硬度计K=140K=140。2-4 硬度硬度542.2.特点：特点：（1 1）操操作作简简便便，测测量量迅迅速速，压压痕痕小小，携携带带方方便便，可可到到现场进行测试等。现场进行测试等。（2 2）主主要要用用于于检检验验大大型型工工件件：轧轧辊辊、机机床床床床面面、导导轨轨，曲轴、大齿轮等的硬度。曲轴、大齿轮等的硬度。（3 3）缺点：测定精度较低，重复性差。）缺点：测定精度较低，重复性差。弹性模数不同的材料，其结果不能相互比较。弹性模数不同的材料，其结果不能相互比较。2-4 硬度硬度55本章完本章完56