金属材料的硬度 材料力学性能课件.ppt

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1、第四章金属材料的硬度主要内容硬度试验的分类、物理意义和特点硬度试验1）布氏硬度2）洛氏硬度3）维氏硬度4）显微硬度显微维氏硬度、显微努氏硬度5）肖氏硬度一、硬度试验的分类、物理意义和特点1.硬度试验的分类硬度试验静载压入法刻划法压入法加载速度载荷、压头表示方法布氏硬度洛氏硬度维氏硬度显微硬度肖氏硬度动载压入法刻划法只能对硬度作定性评估，工程中已经很少使用或者：压入法、回跳法、刻划法2.硬度试验的物理意义1）压入法：材料表面抵抗物体压入引起的塑性变形的抗力2）刻划法：材料抵抗表面局部断裂的能力3）回跳法：材料弹性变形功的大小硬度值：表征材料的弹性、塑性、形变

2、强化、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标3.硬度试验的特点1）应力状态软性系数最大（α>2），塑性和脆性材料都可以测量，甚至像玻璃、陶瓷、金刚石等脆性材料，在硬度试验时，也表现为塑性状态2）实验方法简单，无须加工试样3）造成的表面损伤小，基本属于“无损”或微损检测范围4）与其他静载荷下的力学性能指标之间存在一定关系，如可以由硬度大致推测强度值5）测量范围大可至多个晶粒，小可测单个晶粒，甚至几个原子范围（纳米压痕仪(NanoIndenter)）二、硬度试验1.布氏硬度1）布氏硬度测试法1900年瑞典布利奈尔(Brinell)说明:a）布氏硬度值

3、的大小是压痕单位面积上所承受的压力b）布氏硬度值一般不标出单位c）只要测量出压痕直径，就可以得出硬度值d）硬度值越高，表示材料越硬e）若测量数据能相互比较，必须载荷和钢球直径恒定压痕相似原理如果只采用一种载荷和钢球直径，则a）对于硬材料合适时，对较软材料不合适（钢球全部陷入材料内部）b）对于厚材料合适时，对薄材料不合适（薄材料被压透）c）对于大尺寸材料合适时，对小尺寸材料不合适（试样不能有过大的压痕）最终结果：不同场合采用不同载荷和钢球直径问题：对同一材料，不同P和D必须得到相同的硬度值解决方法：建立P和D的匹配关系，使不同P和D形成的压痕在几何形状上相似（

4、压痕相似原理）2）压痕相似原理压痕相似原理得到相同的硬度值压痕几何形状相似压入角φ相等3）布氏硬度实验需要注意的问题a）GB231-84规定了7种P/D2的值，不同材料选择不同值先选择压头直径D，再根据材料性质选P/D2，最后计算出P根据试样厚度选择压头直径：试样厚度大于10倍的压痕深度；试样厚度足够时，选择D=10mmc）测试时保持所加压力与试样表面垂直，压力施加均匀平稳d）压力保持时间：钢铁材料10s，有色金属30s，软金属60se）使用的压头材质不同，布氏硬度的符号不同HBS－淬火钢球；HBW－硬质合金球f）硬度表示法：硬度符号前数字为硬度值，后面数字

5、为实验条件，依次为压头直径(mm)、压力(kgf)和保持时间(s)200HBS10/3000/30500HBW5/750（保持时间10~15s不标注）4）布氏硬度实验的优缺点和适用范围优点：a）压头直径和压力大，因而压痕面积大，能反映较大范围内材料各组成相综合影响的平均性能；适用于灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或粗大相的材料b）压痕面积大，测量不受个别组成相以及微小不均匀度的影响，实验数据稳定，重复性强c）布氏硬度值和抗拉强度存在一定换算关系，可制定换算表k为材料常数缺点：a）压痕面积大，对表面有要求的样品不利，需要在图纸上注明测量位置b）不能用于测定薄壁件

6、或表面硬化层的硬度c）淬火钢球压头测定HB<450的材料硬度；硬质合金球压头测量值可达到650HB；HB>450时压力过大，损坏压头洛氏硬度2.洛氏硬度1919年洛克威尔(Rockwell)1)试验方法：硬质压头：顶角为1200的金刚石圆锥体制成软质压头：直径为1.588mm（1/16英寸）的钢球用压痕深度h的大小来衡量材料的硬度说明:a）材料越硬，h越小；材料越软，h越大人为规定：常数K减去压痕深度h的值为洛氏硬度单位；压痕深度每增加0.002mm，硬度降低1个单位金刚石压头：K=0.2mm；钢球压头：K=0.26mmb）采用不同的压头和不同的总载荷，可以

7、组成不同的洛氏硬度标尺，测定不同硬度范围c）测定洛氏硬度，试样表面应为平面；在圆柱面或球面上测量时，硬度值比真实值低，需要修正圆柱面球面2)表面洛氏硬度洛氏硬度载荷较大，不宜用于测量极薄试样和表面硬化层表面洛氏硬度与普通洛氏硬度的不同：a）预载荷和总载荷比较小b）常数K=0.1mm（压痕残余深度为0.1mm时的洛氏硬度为零），深度每减小0.001mm，表面洛氏硬度升高一个单位3）洛氏硬度优缺点优点：a）硬度值可从表盘上直接读出，简便迅速，工效高b）表面损伤较小，可用于成品零件的质量检验c）有预加载荷，可消除表面轻微不平度对结果的影响缺点:a）洛氏硬度人为定义

8、，不同标尺的洛氏硬度值无法比较b）压痕小，硬度值对组