材料的力学行为及性能

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1、第三章材料的硬度硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标。硬度值的大小不仅取决于材料的成份和显微组织，而且取决于测量方法和条件。测定硬度的方法很多，主要有压入法、回跳法和刻划法三大类。用不同的方法测定的硬度具有不同的意义，例如压入法硬度值表征金属塑性变形抗力及应变硬化能力；回跳法硬度值主要表征金属弹性变形功的大小；划痕法硬度值主要表征金属切断强度。目前还没有统一而确切的关于硬度的物理学定义。一般指金属表面抵抗局部压入塑性变形或刻划破裂的能力。硬度试验一般仅在金属表面局部产生很小的痕迹，因而很多机件表面可在成品上试验而无需专门加工试样；因其设备简单，操作方便、迅速，同时又能敏感地反映出金属材料

2、的化学成份和组织结构的差异，因而广泛用于检查金属材料的性能、热加工工艺的质量或研究金属组织结构的变化，也用于检查金属表面层的质量（如脱碳）、表面淬火和化学热处理后的表面性能等。在机械制造行业中，主要采用压入法（其中又包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度多种，本章将做重点介绍。压入硬度试验方法的应力状态软性系数α>2.0，几乎所有的金属材料在这种应力状态下都能产生塑性变形。因此，这种试验方法不仅可以测定塑性金属材料的硬度，也可测定淬火钢、硬质合金甚至陶瓷等脆性材料的硬度。始于1900年GB/T231-84GB/T231.1-2002§3.1布氏硬度一、测试原理和方法1.试验原理P单位

3、：kgf；尺寸单位：mm载荷单位如用N，则需要进行换算，公式右乘以0.102用一定的压力将淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力，在试样表面留下压痕，单位压痕表面积（A）所承受的平均压力定义为布氏硬度值。9原标准压球可用硬质合金球（标为HBW），也可用淬火钢球（标为HBS），现标准规定只用硬质合金球，统一为HBW，同时载荷P单位统一为牛顿（N），则：1908，德国meyer（迈耶尔）定律：A，n：材料常数2.试验规范材料不同、厚度不同，则测时需要选用不同直径的压头和压力，为了具有不同试验条件下的试验结果具有可比性，则要求同一材料，不同压力、不同压头直径的压痕具有几

4、何相似性：（φ：压入角）则要求：同时要求d控制在（0.24～0.6）D（或0.25~0.5）9之间，以保证得到有效的硬度值。D有10mm，5mm、2.5mm和1mm四种，根据试样厚度选择，h<δ/10，一般，尽量选用大直径（10mm）。*************************************************①d易测，试验数据稳定，重复性好；②硬度值可以反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，不受个别组成相及微小不均匀性的影响*************************************************0.102P/D2可选30、15、10、5

5、、2.5、1.25和1七种，其中30、15、2.5三种最为常用。试验力保持时间为10~15s（钢铁材料），有色金属可以延长30s，软金属可为60s。布氏硬度表示方法：硬度值HBW球直径/试验力(kgf)/力保持时间（10～15s不标）如：600HBW1/30/20二、特点及适用范围提一下强度和布氏硬度的换算Ø压头直径大，压力大，压痕面积大、反映较大范围内材料的平均性能，不受个别相和微区不均匀性的影响；试验结果分散性小，适合测定像灰铸铁或轴承合金这样具有粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度测试；Ø压痕大，成品检验有困难，薄壁件和表面硬化层亦不适合；对于硬度太高的（>450HBW），因为会压坏压

6、头，宜采用洛氏硬度测试方法；Ø测量d需要时间，影响效率，不适合自动检测。GB/T230-91GB/T1818-94(表面)GB/T230.1-2004§3.2洛氏硬度一、测试原理和方法1.试验原理洛氏硬度试验以测量压痕深度表示材料的硬度值洛氏硬度试验所用的压头有两种：①圆锥角α＝120º的金刚石圆锥体；②一定直径的淬火钢球或硬质合金球（以S、W区分之）（ф1.588mm，1/16in）9一般（比如钢材）载荷保持时间：4~6s;软金属：10~60s（塑性变形需要时间，指针可能继续移动）试验中先加初始试验力P0（以保证压头和试样表面接触良好），在试样表面得一压痕，深度为h0，此时，指针归零。

7、然后加主试验力P1，压头压入深度h1。表盘指针以逆时针方向转动到相应刻度位置（其中的总变形h1包含弹性变形和塑性变形）。当将卸除P1后，总变形h1中的弹性变形恢复，压头回升一段距离（h1－h）。这时试样表面残留的塑性变形深度h即为压痕深度，而指针顺时针方向转动停止时所指的数值即为洛氏硬度值。洛氏硬度值以压痕深度h来计算（h越大，硬度值越低，反之亦然），并规定每0.002mm为一个洛氏硬度单位，则：其中k为常数，金刚石圆锥形压头k＝0