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1、材料力學(xué)性能,,材料力學(xué)性能的定義:,材料在外加載荷（外力）作用下，或載荷與環(huán)境因素（如溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為，又稱為力學(xué)行為。 宏觀上一般表現(xiàn)為材料的變形或斷裂。,材料的力學(xué)性能指標(biāo)或判據(jù)。,機(jī)器零件（簡(jiǎn)稱機(jī)件）的承載條件一般用各種力學(xué)參數(shù)（如應(yīng)力、斷裂韌度等），所以就將表征材料的力學(xué)參數(shù)的臨界值或規(guī)定值稱為材料的力學(xué)性能指標(biāo)或判據(jù)。 材料力學(xué)性能指標(biāo)具體數(shù)值的高低表示材料抵抗變形和斷裂能力的大小，是評(píng)定材料質(zhì)量的主要依據(jù)。,第1章 靜載荷下材料的力學(xué)性能,1.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線,拉伸試驗(yàn)是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法之一。本章將詳細(xì)討論金屬材料在單向拉伸靜載
2、荷作用下的基本力學(xué)性能指標(biāo)如：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率和斷面伸長(zhǎng)率等。 拉伸試驗(yàn)是指在室溫大氣中，光滑試樣在緩慢施加的單向載荷作用下，測(cè)定材料的力學(xué)性能的方法。拉伸試驗(yàn)機(jī)通常帶有自動(dòng)記錄或繪圖裝置，用以記錄或繪制試樣所受載荷與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系，這種曲線稱為拉伸圖或力-伸長(zhǎng)曲線。,,,圖1-4鋁合金（5454-H34）,圖1-5 聚氯乙烯,圖1-6蘇打石灰玻璃,當(dāng)應(yīng)力低于e 時(shí)，應(yīng)力與試樣的應(yīng)變成正比，應(yīng)力去除，變形消失，即試樣處于彈性變形階段，e 為材料的彈性極限，它表示材料保持完全彈性變形的最大應(yīng)力。 當(dāng)應(yīng)力超過e 后，應(yīng)力與應(yīng)變之間的直線關(guān)系被破壞，并出現(xiàn)屈服平臺(tái)或屈服齒。如果卸載，
3、試樣的變形只能部分恢復(fù)，而保留一部分殘余變形，即塑性變形，這說明鋼的變形進(jìn)入彈塑性變形階段。s稱為材料的屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)，對(duì)于無(wú)明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限。 當(dāng)應(yīng)力超過s后，試樣發(fā)生明顯而均勻的塑性變形，若使試樣的應(yīng)變?cè)龃?，則必須增加應(yīng)力值，這種隨著塑性變形的增大，塑性變形抗力不斷增加的現(xiàn)象稱為加工硬化或形變強(qiáng)化。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到b時(shí)試樣的均勻變形階段即告終止，此最大應(yīng)力b稱為材料的強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度，它表示材料對(duì)最大均勻塑性變形的抗力。 在b值之后，試樣開始發(fā)生不均勻塑性變形并形成縮頸，應(yīng)力下降，最后應(yīng)力達(dá)到k時(shí)試樣斷裂。k為材料的條件斷裂強(qiáng)度，它表示材料對(duì)
4、塑性的極限抗力。,第二節(jié) 彈性變形,一、彈性變形及其實(shí)質(zhì),彈性變形及其實(shí)質(zhì)：彈性變形是一種可逆變形（即卸載后可以恢復(fù)變形前形狀的變形，熱力學(xué)意義上的可逆變形）。,彈性模量,定義：當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€(gè)單位時(shí)，彈性模量即為彈性應(yīng)力，即產(chǎn)生100%彈性變形時(shí)所需要的應(yīng)力。 這個(gè)定義對(duì)金屬來講是沒有任何意義的，這是因?yàn)榻饘俨牧纤墚a(chǎn)生的彈性變形量是很小的。 在彈性變形階段，大多數(shù)金屬的應(yīng)力與應(yīng)變之間符合虎克定律的正比關(guān)系。它表示材料在外載荷下抵抗彈性變形的能力。,不同類型的材料，其彈性模量可以差別很大，幾種常見材料的彈性模量見書上表1.1。,材料的彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合力，而材料的成分和
5、組織對(duì)它的影響不大。,,,1.2.2彈性比功,又稱彈性比能、應(yīng)變比能，表示材料吸收彈性變形功的能力,1.2.3、滯彈性,在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨著時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象，稱為滯彈性。,由于實(shí)際金屬具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加載卸載時(shí)，由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，稱為彈性滯后環(huán)（圖a）。 如果施加交變載荷，且最大應(yīng)力低于宏觀彈性極限，加載速率比較大，則也得到彈性滯后環(huán)（圖b） 。 如果交變載荷中最大應(yīng)力超過宏觀彈性極限，就會(huì)得到塑性滯后環(huán)（圖c） 。,金屬的循環(huán)韌性,定義： 金屬材料在交變載荷（或振動(dòng)）下吸收不可逆變形功的能力，也稱為金屬的內(nèi)耗
6、或消振性。,意義： 循環(huán)韌性越高，機(jī)件依靠自身的消振能力越好，所以高循環(huán)韌性對(duì)于降低機(jī)器的噪聲，抑制高速機(jī)械的振動(dòng)，防止共振導(dǎo)致疲勞斷裂意義重大。,1.2.4、包申格效應(yīng)（Bauschinger）,包申格效應(yīng)的定義：,金屬材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，殘余應(yīng)變約1-4%，卸載后再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力（彈性極限或屈服強(qiáng)度）增加； 反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象。,注：所有退火狀態(tài)和高溫回火的金屬與合金都有包辛格效應(yīng)。 可用來研究材料加工硬化的機(jī)制。,消除包申格效應(yīng)的方法：,(1) 預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形； (2) 在第二次反向受力前先使金屬材料于回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火，如鋼在40
7、0-500，銅合金在250-270退火。,第三節(jié) 塑性變形階段,一、塑性變形方式和特點(diǎn) 變形方式： (1) 滑移 (2) 孿生,多晶金屬中每一晶?；谱冃蔚囊?guī)律與單晶金屬相同，但是多晶金屬中存在晶界，各晶粒的取向也不相同，因而其塑性變形有如下特點(diǎn)： (1) 各晶粒變形、不同時(shí)性和不均勻性 (2) 各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性,二、屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）,屈服現(xiàn)象是材料產(chǎn)生宏觀塑性變形的一種標(biāo)志。 金屬材料從彈性變形階段向塑性變形階段的過渡明顯，表明外力保持恒定時(shí)試樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)，或者外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，然后外力幾乎不變時(shí)，試樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)變形，這就是屈服現(xiàn)象。 呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料在拉
8、伸時(shí)，試樣在外力保持恒定仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，又稱屈服強(qiáng)度。,工程中常用的三種屈服標(biāo)準(zhǔn)：,比例極限 彈性極限 屈服強(qiáng)度,,,三、影響屈服強(qiáng)度的因素,四、加工硬化（形變強(qiáng)化）,定義： 在金屬整個(gè)變形過程中，當(dāng)外力超過屈服強(qiáng)度之后， 塑性變形并不是像屈服平臺(tái)那樣連續(xù)流變下去，而需要不斷增加外力才能繼續(xù)進(jìn)行， 這說明金屬有一種阻止繼續(xù)塑性變形的抗力，這種抗力就是應(yīng)變硬化性能。,加工硬化的作用：,(1) 加工硬化可使金屬機(jī)件具有一定的抗偶然過載能力，保證機(jī)件安全。 (2) 加工硬化和塑性變形適當(dāng)配合可使金屬均勻塑性變形，保證冷變形工藝順利實(shí)施。（如果沒有加工硬化能力，任何冷加工成型的工藝都是無(wú)
9、法進(jìn)行。） (3) 可降低塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。,加工硬化指數(shù),可以反映金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。,五、縮頸現(xiàn)象和抗拉強(qiáng)度,（一）定義 縮頸是金屬等韌性材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象，這是應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果。 （二）縮頸判據(jù),,抗拉強(qiáng)度,定義： 拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣拉斷過程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。 實(shí)際意義： (1) 標(biāo)志塑性金屬材料的實(shí)際承載能力； (2) 一定場(chǎng)合下抗拉強(qiáng)度可作為設(shè)計(jì)依據(jù)； (3) 抗拉強(qiáng)度的高低由屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化指數(shù)來決定。,六、塑性度量,（一）塑性與塑性指標(biāo) 塑性定義： 指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。,,,,
10、（二）塑性的意義與影響因素,對(duì)機(jī)件來講，都要求材料具有一定的塑性，以防止機(jī)件偶然過載時(shí)產(chǎn)生突然破壞。 影響因素： 1. 溶質(zhì)元素會(huì)降低鐵素體的塑性； 2. 鋼的塑性受碳化物體積比以及形狀的影響； 3. 細(xì)化顆粒可使材料的塑性增加。,第四節(jié) 金屬的斷裂,一、斷裂的類型 根據(jù)斷裂前塑性變化大小分類： （一）韌性斷裂和脆性斷裂 韌性斷裂：指金屬斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個(gè)緩慢的撕裂過程，在裂紋擴(kuò)展過程中不斷消耗能量。,磨損、腐蝕、斷裂是機(jī)件的三種主要失效形式。 裂紋過程包括：裂紋形式與擴(kuò)展。,中、低強(qiáng)度鋼的光滑圓柱試樣在室溫下的靜拉伸斷裂是典型的韌性斷裂。,韌性斷裂的宏觀斷口同
11、時(shí)具有上述三個(gè)區(qū)域，而脆性斷口纖維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒有。 脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因此危害性很大。 脆性斷裂的斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。板狀矩形拉伸試樣斷口呈人字紋花樣。,按裂紋擴(kuò)展的途徑分類：,（二）穿晶斷裂與沿晶斷裂 多晶金屬斷裂時(shí)，裂紋擴(kuò)展的路徑可能不同，穿晶斷裂的裂紋穿過晶體內(nèi)，而沿晶斷裂的裂紋沿晶界擴(kuò)展。,根據(jù)斷裂機(jī)理分類：,（三）純剪切斷裂與微孔聚集型斷裂、解理斷裂 (1) 剪切斷裂： 金屬材料在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂； 包括滑斷（純剪切斷裂）和微孔聚集型斷裂。,微孔聚集型斷
12、裂是通過微孔成核、長(zhǎng)大聚合而導(dǎo)致材料分離。 (2) 解理斷裂： 是指金屬材料在一定條件下（如低溫），當(dāng)外加正壓力達(dá)到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷裂； 由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)平面為解理面。,根據(jù)斷裂面的取向分類：,如果斷裂面取向垂直于最大正應(yīng)力，為正斷型斷裂； 如果斷裂面取向與最大切應(yīng)力方向一致，而與最大正應(yīng)力方向成45度角，為切斷型斷裂。,二、解理斷裂的微觀斷口特征,關(guān)于斷裂機(jī)理的三種理論： 1. 甄納-斯特羅位錯(cuò)塞積理論 2. 柯垂耳位錯(cuò)反應(yīng)理論 3. 史密斯理論,1. 解理斷裂,解理斷裂是沿特定界面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，斷裂斷口是由許多大致相當(dāng)于晶粒大
13、小的解理面集合而成； 這種大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面。 在解理刻面內(nèi)部只從一個(gè)解理面發(fā)生解理破壞實(shí)際上是很少的， 多數(shù)情況下，裂紋要跨越若干個(gè)相互平等的、而且位于不同高度的解理面，從而在同一刻面內(nèi)部出現(xiàn)了解理臺(tái)階和河流花樣。,解理臺(tái)階：,是沿兩個(gè)高度不同的平行解理面上擴(kuò)展的解理裂紋相交形成的。 (1) 通過解理裂紋與螺型位錯(cuò)相交形成， (2) 通過二次解理或撕裂形成。,2. 準(zhǔn)解理,在淬火回火鋼中，當(dāng)裂紋在晶粒內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)，難于嚴(yán)格的沿一定晶體學(xué)平面擴(kuò)展， 斷裂路徑不再與晶粒位向有關(guān)，而主要與細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)有關(guān)，其微觀形態(tài)，與解理河流相似，但又不是真正的解理，所以稱為準(zhǔn)解理。,三
14、、微孔聚集斷裂的微觀斷口特征,如果使微孔在垂直于正應(yīng)力的平面上各方向長(zhǎng)大傾向相同，則在正應(yīng)力垂直于微孔的平面上便形成等軸韌窩。 在扭轉(zhuǎn)載荷或受雙向不等拉伸條件下，因切應(yīng)力作用形成拉長(zhǎng)韌窩。 如在微孔周圍的應(yīng)力狀態(tài)為拉、彎聯(lián)合作用，微孔在拉長(zhǎng)、長(zhǎng)大同時(shí)還要被彎曲，形成在兩個(gè)相配斷口上方向相同的撕裂韌窩。,四、斷裂強(qiáng)度,（一）、理論斷裂強(qiáng)度 在外加正應(yīng)力作用下，將晶體的兩個(gè)原子面沿垂直于處力方向拉斷所需的應(yīng)力，就是理論斷裂強(qiáng)度。,（二）、真實(shí)斷裂強(qiáng)度和靜力韌度,韌性是材料的力學(xué)性能，是指材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力，或指材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。 靜力韌度：是靜拉伸時(shí)單位體積材料斷裂前所吸
15、收的功。,1.5 其他加載方式下的力學(xué)性能,1.5.1應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù),值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越“軟”，金屬越易于產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。 值越小，表示應(yīng)力狀態(tài)越“硬”，金屬越不易于產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。,1.5.2 壓縮,一、壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn) (1) 單向壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=2，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應(yīng)力狀態(tài)都軟，所以主要用于拉伸時(shí)呈脆性的金屬材料力學(xué)性能的測(cè)定。 (2) 拉伸時(shí)塑性很好的材料，在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不斷裂。 對(duì)于接觸面處承受多向壓縮應(yīng)力的機(jī)件，如滾動(dòng)軸承、套圈與滾動(dòng)體，常采用多向壓縮實(shí)驗(yàn)。,材料變形破壞方式,,,,,二、壓縮試驗(yàn),可測(cè)定的主要壓縮性能指標(biāo)： 一
16、、規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力pc 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。 二、抗壓強(qiáng)度 單位試樣被壓至破壞過程中的最大應(yīng)力bc,1.5.3 彎曲,一、彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn) 金屬桿狀試樣承受彎矩作用后，其內(nèi)部應(yīng)力主要為正應(yīng)力，與單向拉伸和壓縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力雷同 但由于桿件截面上的應(yīng)力分布不均勻，表面最大，中心為零，且應(yīng)力方向發(fā)生變化 所以金屬在彎曲加載下的力學(xué)行為與單純拉應(yīng)力或壓應(yīng)力作用下的力學(xué)行為不完全相同，有它自身的特點(diǎn)。,特點(diǎn)：,(1) 彎曲試驗(yàn)的試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便，不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)的試樣偏斜對(duì)結(jié)果的影響，可用彎曲的撓度顯示材料的塑性。 (2) 彎曲試驗(yàn)
17、時(shí)，樣品表面應(yīng)力最大，可靈敏的反映材料表面的缺陷。,二、彎曲試驗(yàn),將圓柱形或矩形試樣放置于一定跨距Ls的支座上，進(jìn)行三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲加載，通過記錄彎曲力f和試樣撓度f(wàn)之間的關(guān)系曲線，就可確定金屬在彎曲力下的力學(xué)性能。,彎曲試驗(yàn)所測(cè)的主要性能指標(biāo),彎曲試驗(yàn)主要測(cè)定脆性或低塑性材料的抗彎強(qiáng)度。 試樣彎曲至斷裂前達(dá)到的最大彎曲力，按彈性彎曲應(yīng)力公式計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力，稱為抗彎強(qiáng)度。 彎曲試驗(yàn)還可測(cè)定彎曲彈性模量、斷裂撓度f(wàn)bb和斷裂能量U等力學(xué)性能指標(biāo)。,,第四節(jié) 扭轉(zhuǎn),一、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn) 當(dāng)圓柱試樣承受扭矩T進(jìn)行扭轉(zhuǎn)時(shí)，試樣表面的應(yīng)力狀態(tài)如圖2-6a所示，在與試樣軸線呈45的兩個(gè)斜截面上作用最大
18、與最小正應(yīng)力1及3，在與試樣軸線平行和垂直的截面上作用最大切應(yīng)力，兩種應(yīng)力的比值接近1。 在彈性變形階段，試樣橫截面上的切應(yīng)力和切應(yīng)變沿半徑方向的分布是線性的（圖2-6b）。 當(dāng)表層產(chǎn)生塑性變形后，切應(yīng)變的分布仍保持線性關(guān)系，但切應(yīng)力則因塑性變形而有所降低，呈非線性分布（圖2-6c） 。,,,,,根據(jù)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)試樣所受的應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力分布，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)具有如下 特點(diǎn)：,(1) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=0.8，比拉伸時(shí)的大，易于顯示金屬的塑性行為。 (2) 圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)長(zhǎng)度上塑性變形是均勻的，沒有縮頸現(xiàn)象。 (3) 能較敏感的反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能。 (4) 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)的最大正應(yīng)力
19、與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等，而生產(chǎn)上所用大部分金屬材料的正斷抗力大于切斷抗力，所以扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測(cè)定這些材料切斷抗力最可靠的方法。,二、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn),可測(cè)定的主要性能指標(biāo)： (1) 切變模量G (2) 屈服點(diǎn) (3) 抗扭強(qiáng)度,主要用途：本系列試驗(yàn)機(jī)主要用于水泥、混凝土試樣及構(gòu)件等建材產(chǎn)品的抗壓、抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)， 也可用于橡膠墊的壓縮性能試驗(yàn)和金屬頂鍛試驗(yàn)。 顯示方式有度盤式（YE系列）及數(shù)顯式（YES系列）， YES系列試驗(yàn)機(jī)采用傳感器測(cè)力，數(shù)字顯示試驗(yàn)力及峰值，手動(dòng)控制試驗(yàn)進(jìn)程，既具有手動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的可靠性，又備有RS232C接口，可擴(kuò)展為具有微機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理功能，具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理與操作的新一代微
20、機(jī)屏顯式壓力試驗(yàn)機(jī)。,主要用途： 用于金屬材料和塑料、混凝土、水泥等非金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲和剪切試驗(yàn)。 增加簡(jiǎn)單附件，可完成膠帶、鏈條、鋼絲繩、電焊條及構(gòu)件的力學(xué)性能試驗(yàn)。,主要用途： 廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、建工建材、汽車、造船等行業(yè)和大專院校、質(zhì)量檢測(cè)等部門，用于金屬、塑料、橡膠、彈簧、各種繩帶等材料及制品的機(jī)械性能測(cè)試研究。,第六節(jié) 硬度,一、金屬硬度的意義及硬度試驗(yàn)的特點(diǎn) 硬度是表征材料軟硬程度的一種性能 物理意義隨著試驗(yàn)方法不同而不同 壓入法是應(yīng)用最廣泛的硬度測(cè)試方法 壓入法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)2，在這種應(yīng)力狀態(tài)下，幾乎所有的金屬材料都能產(chǎn)生塑性變形，所以這種方法也能測(cè)定硬質(zhì)合金、
21、陶瓷等脆性材料的硬度。,二、硬度試驗(yàn),（一）布氏硬度試驗(yàn) 原理： 用直徑為D（mm）的鋼球或硬質(zhì)合金球的壓頭， 加一定的試驗(yàn)力F（N），將其壓入試樣表面（右圖a）， 經(jīng)過規(guī)定的保持時(shí)間t（s）后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕， 然后測(cè)量壓痕的平均直徑d（mm），求得壓痕的球形面積A（mm2）。,布氏硬度計(jì)試驗(yàn)法主要用于鑄鐵、鋼材、有色金屬及軟合金等材料的硬度測(cè)定， 此外還可以用于塑料、電木等某些非金屬材料硬度的測(cè)定。 適用于工廠、車間、試驗(yàn)室、大專院校和科研機(jī)構(gòu)。,布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：,1. 由于壓頭的直徑較大，所以壓痕面積較大，其硬度值能反映各組成相的平均性能，適合于測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金的硬
22、度； 2. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。,布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)：,1. 對(duì)不同材料需要更換壓頭直徑和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量較麻煩，所以不宜用于自動(dòng)檢測(cè)； 2. 壓痕較大時(shí)不宜在成品上實(shí)驗(yàn)。,（二）洛氏硬度試驗(yàn),(a) 試驗(yàn)時(shí)先加初始試驗(yàn)力F0，以保證壓頭與試樣表面接觸良好，得到一個(gè)壓痕深度h0，此時(shí)指針指零。 (b) 施加主作用力F1，壓頭壓入深度為h1，表逆時(shí)針轉(zhuǎn)到相應(yīng)刻度位置，h1包括彈性變形與塑性變形。 (c) F1卸除后，總變形中的彈性變形恢復(fù)，壓頭回升一段距離（h2-h1），此時(shí)塑性變形深度即為壓痕深度h，最終表盤指針?biāo)讣礊槁迨嫌捕戎怠?HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計(jì)是機(jī)電一體化的硬
23、度測(cè)試儀器。 該機(jī)外觀新穎，采用微機(jī)控制，硬度值以數(shù)字直接顯示。 升降螺桿與旋輪間自動(dòng)反饋鎖合，外接打印機(jī)，除試臺(tái)升降外，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，消除了操作和讀數(shù)誤差。 該硬度計(jì)適用于黑色金屬、有色金屬和非金屬材料的硬度測(cè)定。,洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：,1. 操作簡(jiǎn)便、迅速、硬度值可直接讀出； 2. 壓痕小，可在工件上直接實(shí)驗(yàn)； 3. 采用不同標(biāo)尺可測(cè)定各種軟硬不同的金屬或厚薄不一的試樣硬度，可廣泛用于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。,洛氏硬度的缺點(diǎn)：,1. 壓痕較小，代表性差； 2. 若材料中存在偏析及組織不均勻等缺陷，則所測(cè)硬度值重復(fù)性差，分散度大； 3. 用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。,（三）維氏
24、硬度試驗(yàn),維氏硬度試驗(yàn)的原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。 不同的是試驗(yàn)用的壓頭不同，是兩個(gè)相對(duì)面間夾角為136的金剛石四棱錐體。,壓頭在試驗(yàn)力F（N）作用下將樣品表面壓出一個(gè)四方錐形的壓痕， 經(jīng)一定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度d，d=(d1+d2)/2， 來計(jì)算壓痕的表面積A（mm2）。,HVS-50型數(shù)顯維氏硬度計(jì)是光機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，具有良好的可靠性，可操作性，是小負(fù)荷維氏硬度計(jì)的升級(jí)換代產(chǎn)品。 該機(jī)采用計(jì)算機(jī)軟件編程，高倍率光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，光電傳感等技術(shù)，通過軟鍵輸入，能調(diào)節(jié)測(cè)量光源的強(qiáng)弱，選擇測(cè)試方法與對(duì)照表、保持時(shí)間、文件號(hào)與儲(chǔ)
25、存等，在LCD大屏幕顯示上能顯示試驗(yàn)方法、試驗(yàn)力、測(cè)量壓痕長(zhǎng)度、硬度值、試驗(yàn)力保持時(shí)間，測(cè)量次數(shù)并能鍵入年、月、日期，試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理等，通過打印輸出，并通過RS232接口與計(jì)算機(jī)連網(wǎng) 硬度計(jì)配可選攝影裝置，能對(duì)所測(cè)壓痕和材料金相組織進(jìn)行拍攝，適用于測(cè)量微小、薄形試件、表面滲鍍處理后的零件，是科研機(jī)構(gòu)、工廠及質(zhì)檢部門進(jìn)行研究和檢測(cè)的理想的硬度測(cè)試儀器。,維氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：,1. 不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力F與壓頭直徑D之間所規(guī)定條件的約束，也不存在洛氏硬度實(shí)驗(yàn)時(shí)不同標(biāo)尺的硬度值無(wú)法統(tǒng)一的弊端； 2. 試驗(yàn)力可以任意選擇，壓痕測(cè)量精度較高，硬度值較精確。,維氏硬度的缺點(diǎn)：,需要通過測(cè)量壓痕對(duì)
26、角線長(zhǎng)度后才能進(jìn)行計(jì)算或查表，工作效率較低。,（四）其它硬度試驗(yàn)方法,1. 努氏硬度試驗(yàn) 與顯微硬度相比有兩點(diǎn)不同： (1) 壓頭形狀不同（圖2-22），兩個(gè)對(duì)面角不等的四棱錐金剛石壓頭，對(duì)面角分別為為17230和130，所以試樣上得到的是長(zhǎng)、短對(duì)角線長(zhǎng)度比（l/w）為7.11的棱形壓痕。 (2) 硬度值不是試驗(yàn)力除以壓痕表面積，而是除以壓痕投影面積。,努氏硬度試驗(yàn)由于壓痕細(xì)長(zhǎng)，只需測(cè)量對(duì)角線的長(zhǎng)度，所以精確度較高，對(duì)于表面淬硬層或滲層、鍍層等薄層區(qū)域的硬度測(cè)定以及滲層截面上硬度分布的測(cè)定較為方便。,2. 肖氏硬度和里氏硬度試驗(yàn),肖氏硬度的原理： 將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征硬度值的大小，也稱為回跳硬度。 里氏硬度： 用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭（碳化鎢球）的回彈速度表征金屬的硬度值。,
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