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文档简介

硬度( hardness ),1.定义: 是指材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。 ASME SA370-2001给出各种不同试验结果的对照表以及相应的大致抗拉强度。,2.硬度试验方法:(1)压入法(2)划痕法(3)回跳法,布氏硬度HB:ASTM E10 洛氏硬度HR:ASTM E18 维氏硬度HV:ASTM E,压入法,(一)布氏硬度HB(Brinell-hardness),观看布氏硬度,1.压头:,淬火钢球 HBS硬质合金钢球 HBW,2.试验原理:,用一定直径的压头(球体),以相应试验力压入待测表面,保持规定时间卸载后,测量材料表面压痕直径,以此计算出硬度值。,F F HB= = S Dh,D h = 2,D d 2 2,2,2,布氏硬度值450的材料,选用淬火钢球压头,例如:200HBS 350HBS,布氏硬度值450650的材料,选用硬质合金球压头,例如:550HBW 600HBW,3.标注:,符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf(9.807kN)载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。,4. 特点:,优点:,测量误差小(因压痕大),数据稳定,重复性强。,缺点:,压痕面积较大,测量费时。,应用:,常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。,不适于测量成品零件或薄件的硬度。,(二)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ),1.压头:,120金刚石圆锥体钢球钢球,HRAHRC,HRB,2.试验原理:,用锥顶角为120的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球,以相应试验力压入待测表面,保持规定时间卸载后卸除主试验力,以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值。,h1,h2,h3,h,1-1 初载10kg h1,2-2 总载150kg h2,3-3 卸载140kg h3,最后测得:残余压痕深度增量 h,HR=C-h/0.002,h=h3-h1,HR=h/0.002,洛氏硬度值的表示:,7085HRA25100HRB2070HRC,HRA、HRB、HRC分别测得的硬度,不可直接比较大小,例如: 50HRC40HRC ,3.特点:,优点:,测量操作简单,方便快捷,压痕小;测量范围大,能测较薄工件。,缺点:,测量精度较低,可比性差,不同标尺的硬度值不能比较。,是生产中应用最广 泛的硬度 试验方法。可用于成品检验和薄件表面硬度检验。不适于测量组织不均匀材料。,应用:,(三)维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness ),维氏硬度计,1.压头:,锥面夹角为136的金刚石正四棱锥体,2.试验原理:,与布氏硬度试验原理基本相同。 只是压头改用了金刚石四棱锥体。,以一定的试验力将压头压入试样表面,保持规定时间卸载后,在试样表面留下一个四方锥形的压痕,测量压痕两对角线长度,以此计算出硬度值。,2.试验原理:,用压痕两对角线的平均长度来计算。,H V=F/S,3.标注:,与布氏硬度基本相同,在后面要标注试验条件试验力和保持时间(1015S不标)。,例:580HV30表示用30kgf (294.2N)试验力保持1015S测定的维氏硬度值为580。,4.特点:,优点:,适用范围广,从极软到极硬材料都可测量;测量精度高,可比性强;能测较薄工件。,缺点:,测量操作较麻烦,测量效率低。,应用:,广泛用于科研单位和高校,以及薄件表面硬度检验。,不适于大批生产和测量组织不均匀材料。,韧性(toughness ):,材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。冲击试验ASTM E23,1.定义:,冲击试验机,冲击试样和冲击试验示意图,2.金属的夏比冲击试验:,试样冲断时所消耗的冲击功A k为:,A k = m g H m g h (J),g,冲击韧度ak 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。,3.韧脆转变温度:,-40,-20,0,20,20,40,60,ak,T(c),T,ak急剧韧性脆性,脆性转变温度 FATT50,金属材料的韧脆转变温度,材料的低温冲击韧性愈好。,冲击试验中的侧向膨胀量,“侧向膨胀值按照ASTM A370的技术要求”。测微仪的读数也应得到认可,并应该预先注意以下事项: eL=(ee1)mm 其中eL=侧向膨胀值;试样两个平分段的A和B面,必须处于精确的同一平面(P)中。侧向膨胀值应取3次不同测量结果的平均值。,Pellini 落锤试验(TNDT温度的确定)试样制备及试验条件应符合ASTM E208标准规定的要求。在进行每组试验前应确保重锤是从正确的高度(在+10%到0%的误差范围内)自由坠落的。所用重锤的重量也是已知的。采用P3型试样,其尺寸如图MC1230.1所示。如果技术规范中规定的RTNDT0,则按表MC1230.1所列温度进行试验;如果技术规范中规定的RTNDT16,则按表MC1230.2所列温度进行试验。,图437 落锤试验装置1底座;2限位块,3缺口;4落锤;6脆性焊道,6试样,ASTM E208 规定的一些技术条件,1.试样形状(其中一种见下页)2.打击能量(按照材料屈服强度决定)3.弯曲限度(由试样形状确定)4.判断标准(一边或双边裂纹到边),落锤试验试样,基准无延性转变温度的确定RTNDT的温度应通过Pellini落锤试验和KV冲击试验两者确定。试验温度应根据TNDT温度确定。试验应按下列方法进行(关于KV试样):a) 以3个试样为1组,其中每一个试样在给定的温度下同时满足下列要求, 则认为试验有效:断裂吸收能量68J;侧向膨胀值0.9mm。b) 第一组试样冲击的温度为: TCV1=TNDT+33如果满足上述a)的条件,则: RTNDT=TNDT如果结果不能满足上述a)的条件,则第二组试验按照下列c)的规定进行试验。c) 如果进行第二组试验,第二组试样的试验温度规定如下: TCV2= TCV1+5如果满足上述a)的条件,则: RTNDT=TCV33d) 如果c)条规定温度下的试验,结果不能满足上述a)的条件,则另外一些试验应在5的间隔温度下进行试验。直到求得满足上述a)的条件的温度TCV。则认为: RTNDT=TCV33,断裂韧度,1、低应力脆断 有些零件在工作应力远远低于屈服点时就会发生脆性断裂。这种现象称为低应力脆断。,式中:Y_裂纹的几何形状因子; _外加应力(N/mm2); a_裂纹的半长(mm); K1_ 强度因子(MPam1/2或MNm-3/2)当K1达到临界值K1C时,零件内裂纹将发生失稳扩展而出现低应力脆性断裂,而K1K1C时,零件安全可靠。,2、应力场强度因子,当K1达到临界值K1C时,零件内裂纹将发生失稳扩展而出现低应力脆性断裂,而K1K1C时,零件安全可靠。,3、断裂韧度K1C,材料抵抗裂纹扩展的能力断裂韧度表示。,反应材料有裂纹存在时,抵抗脆性断裂的能力。K1c可通过试验来测定,它是材料本身的特性,与材料成分、热处理及加工工艺等有关。为安全设计提供了一个重要的力学性能指标,常见工程材料的断裂韧度K1C值(MNm-3/2),根据K1=Ya K1C的临界判据知: 为使零件不发生脆断,设计者可以控制三个参数:材料的断裂韧度K1C 、名义工作应力和零件内的裂纹长度a,它们之间的定量关系能直接用于设计计算,可以解决以下三方面的工程实际问题:,1)根据零件的实际工作应力和其内可能的裂纹尺寸a,确定材料应有的断裂韧度K1C,为正确选材提供依据;2)根据零件所使用的材料断裂韧度K1C及已探伤出的零件内存在的裂纹尺寸a,确定零件的临界断裂应力C,为零件最大承载能力设计提供依据;3)根据已知材料的断裂韧度K1C和零件的实际工作应力,估算断裂时的临界裂纹长度aC,为零件的裂纹探伤提供依据。,1、疲劳现象,零件在循环应力的作用,即使工作时承受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应力,在经受一定的应力循环后也会发生突然断裂,这种现象称为疲劳。,疲劳

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