《硬度和冲击韧度》PPT课件

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1、硬度和冲击硬度概述硬度试验原理硬度与其它力学性能的关系冲击一次冲击多次冲击1硬度硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，一般指材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力。硬度试验特点：试验设备简单，操作方便、快捷；故可对大多数机件成品直接进行无损检测；硬度与其它力学性能特别是抗拉强度等有一定关系。1.1概述硬度试验目的：材料成分判定（非金属材料、有色金属）；材料耐磨性能判定（金属材料）；产品质量检验（金属材料）材料强度推测（金属材料）硬度试验方法分类工程常见硬度检测实务钢铁零件表面化学热处理、表面淬火、感应热处理等后硬度检测；轧辊和钢球的硬度检测；滚动轴承和滑动轴承零件硬度检测

2、；钢的淬透性硬度检测；铸铁的硬度及灰铸铁的相对硬度检测；齿轮、弹簧、活塞及焊接接头的硬度检测；金属覆盖层和热涂层硬度检测；硬质合金和粉末冶金制品的硬度检测；铝合金板材的硬度检测；铍青铜材硬度检测；等等。1.2常用压入法硬度试验原理BrinellVickerKnoopRockwell常用工程材料的硬度压头直径（D）及载荷（P）的选择硬材料软材料ddP1P1D1D1P1P1D1D1P2D2P3D3几何相似原理采用不同的载荷（P）或钢球直径（D），但必须保证压痕几何相似。要求：（3）肖氏硬度(ShoreHardness)原理：属动态试验法，即将具有一定质量的带有金刚石或合金钢球的

3、重锤从一定高度落向试样表面，根据重锤回跳的高度来表征材料硬度大小。回跳越高，材料越硬。特点：肖氏硬度计一般为手提式，便于携带，使用方便，可测现场大型工件的硬度。缺点：准确性受人为因素影响较大，测量精度低，只适于材料弹性模量相同时比较。公式:h1-冲头下落高度;h2-冲头反弹高度;K-系数，对C形：K=153；对D形：K=140（4）莫氏硬度(MohsHardness)旧标准新标准顺序材料顺序材料1滑石1滑石2石膏2石膏3方解石3方解石4萤石4萤石5磷灰石5磷灰石6正长石6正长石7石英7SiO2玻璃8黄玉8石英9刚玉9黄玉10金刚石10石榴石11熔融氧化锆12刚玉13碳化硅1

4、4碳化硼15金刚石陶瓷及矿物材料常用的刻划硬度，它只表示硬度从小到大的顺序，不表示具体软硬程度。旧标准划分为10级；新标准有15级。序号越大，莫氏硬度就越高。1.2.5纳米硬度(Nanohardness)试验原理：属压痕法一种试验设备：纳米力学探针原子力显微镜特点：载荷极小（可达μN级），压痕深度极小（nm级），故适用于微区力学性能测定。测试基本原理测定内容：P－h曲线硬度值：纳米硬度测定实例6061Al基体SiCp/6061Al棒纳米压痕法测定原位弹性模量通过载荷－位移曲线还可求得被测试材料的原位弹性模量。加载过程中，材料经历弹塑性变形，而卸载初期材料为弹性变形，因此可由

5、最初卸载曲线斜率dP/dh得到材料的弹性模量，其公式为式中，为与压头形状有关常数；A为实际压入面积；Er、Es、Ei分别为体系约化模量、材料弹性模量、压头模量；s、i分别为材料和压头的泊松比。对金刚石压头来说，Ei=1140GPa；i=0.07。纳米压痕法测定其它性能探索测定薄膜、涂层、镀层等材料的硬度、模量、残余应力以及与基底材料的结合力。研究复合材料界面及近界面微区力学性能分布特征。研究蠕变行为及性能文物及贵重工艺品硬度测试测定脆性薄膜或陶瓷材料微小区域的断裂韧度。当压头压入脆性材料时，可能会在压痕周围产生径向微裂纹，根据微裂纹尺度及硬度估算断裂韧度：式中，α为

6、与压头形状相关的经验系数；H为硬度；C为径向裂纹长度；E为杨氏模量。1.3硬度与其他力学性能的关系式中，k－比例系数。不同的金属，k值不同；对同一种金属，热处理不改变k值，但冷变形使k值变化。碳钢布氏硬度与抗拉强度关系1.3.1硬度与抗拉强度的关系部分钢的硬度与抗拉强度的关系部分有色金属硬度与抗拉强度的关系1.3.2硬度与疲劳强度的关系通常，m=0.4~0.6，平均为0.5，即疲劳极限大约为抗拉强度的一半。对钢铁材料：已知：σb≈3.3HB因此：σ-1≈1.6HB2冲击受冲击载荷的构件空间飞行器受陨石的撞击；炮弹、子弹对装甲的穿透；飞机降落时起落架与地面的碰撞；汽车驶过凹坑

7、和凸起；经受锻造、爆炸焊接、爆炸加工成型的构件；等等。利用冲击能量来工作的构件锻锤；冲床；凿岩机；铆钉枪；等等。2.1一次冲击试验及性能冲击弯曲悬臂梁冲击冲击弯曲Charpy试样Izod试样夏比冲击试验及冲击韧性冲击功：冲击韧性：冲击曲线及冲击功的构成塑性变形功裂纹形成功裂纹扩展功裂纹失稳扩展功弹性变形功裂纹亚稳扩展功AF塑性变形功真正的韧性取决于冲击试验的应用作为材料承受大能量冲击时的抗力指标，如炮弹、装甲板等；作为评定某些构件寿命与可靠性的结构性能指标，如船用钢板等；评定原材料的冶金质量，如夹杂、气泡、严重分层