材料性能与测试课件-第二章材料在其它静载下的力学性质-2011

1、1 主讲：曾凡浩 () 中南大学粉末冶金研究院 课件制作：曾凡浩 2 3 2.1 应力状态软性系数应力状态软性系数 2.2 扭转、弯曲和压缩的力学性能扭转、弯曲和压缩的力学性能 2.3 缺口试样静载力学性能缺口试样静载力学性能 2.4 硬度硬度 单向静拉伸不能充分反映材料的应用特点，实单向静拉伸不能充分反映材料的应用特点，实 际上静载荷还有扭转、弯曲、压缩等，本章介绍扭际上静载荷还有扭转、弯曲、压缩等，本章介绍扭 转、弯曲、压缩、带缺口试样拉伸、硬度实验方法、转、弯曲、压缩、带缺口试样拉伸、硬度实验方法、 特点及指标。特点及指标。 目 录 4 2.1 应力状态软性系数 正应力正应力导致脆性的解

2、理断裂；导致脆性的解理断裂； 切应力切应力导致塑性变形和韧性断裂。导致塑性变形和韧性断裂。 变形和断裂方式主要决定于承载条件下的应力状态。变形和断裂方式主要决定于承载条件下的应力状态。 (1)任何应力都可用任何应力都可用3个主应力个主应力1、 2、 3 来表示。来表示。 (2)max=(1-3 )/2；max= 1-(2+3)。 (3)=max /max= (1-3 )/21-(2+3) 一、受力分析一、受力分析 二、应力状态软性系数二、应力状态软性系数 5 1、根据三个主应力，可以按、根据三个主应力，可以按“最大切应力最大切应力 理论理论”计算最大切应力：计算最大切应力： max=（ 1 -

3、2 ） 2 2、按、按“最大切应力理论最大切应力理论”计算最大切应力：计算最大切应力： max= 1 （2 + 3） 为泊松比（金为泊松比（金 属材料一般取属材料一般取0. 25） = max max = (1 3) 2 1 -0.5 （2 + 3） （例如；单向拉伸时的应力状态只有（例如；单向拉伸时的应力状态只有 1， 2=3= 0， =0.5） 6 加载方式加载方式 主应力主应力 12 3 三向不等拉伸三向不等拉伸(89)(89)0.1 三向等拉伸三向等拉伸0 单向拉伸单向拉伸000.5 扭转扭转0-0.8 二向等压缩二向等压缩0-1 单向压缩单向压缩00-2 三向不等压缩三向不等压缩-(

4、73)-(73)4 表表2-1 不同条件下的应力状态软性系数不同条件下的应力状态软性系数 (0.250.25) 7 q 值越大的试验方法，金属越易产生塑性值越大的试验方法，金属越易产生塑性 变形和韧性断裂。变形和韧性断裂。 q 一般对塑性好的材料在较一般对塑性好的材料在较“硬硬”的应力状的应力状 态下考查其脆性倾向；对塑性差的材料在态下考查其脆性倾向；对塑性差的材料在 较较“软软”的应力状态下考查其塑性倾向。的应力状态下考查其塑性倾向。 r越大，表示应力状态较软，即最大切应力分量越大，表示应力状态较软，即最大切应力分量 较大，表明在最大正应力尚小时，最大切应力得较大，表明在最大正应力尚小时，最

5、大切应力得 到较充分得发展，因此容易引起塑性变形。反之，到较充分得发展，因此容易引起塑性变形。反之， 较小时，应力状态较硬，最大正应力分量容易得较小时，应力状态较硬，最大正应力分量容易得 到发展，导致脆性断裂。到发展，导致脆性断裂。 8 2.2 扭转、弯曲与压缩的力学性能 一、扭转及其性能指标一、扭转及其性能指标 图图2-1 扭转实验机和扭转试样示意图扭转实验机和扭转试样示意图 标距部分的直径d0 = 10mm；标距长度 =100mm 或50mm。试验机的自动绘图装 置可把M曲线同步记录下来。有关指 标可根据定义在图上测试。 9 1 1、扭转的应力状态、扭转的应力状态 q 与轴线呈与轴线呈45

6、45 方向上承受方向上承受max max，与轴线平行或垂直方向上承受 ，与轴线平行或垂直方向上承受max max 。 。 q 纯扭转时圆试样的表面处于纯剪应力状态（图纯扭转时圆试样的表面处于纯剪应力状态（图2 22a2a）。与杆轴成）。与杆轴成 4545角的螺旋面上分别作用着两个主应力并与最大剪应力角的螺旋面上分别作用着两个主应力并与最大剪应力max max绝对值 绝对值 相等，即相等，即1 1 = = max max = = 3 3。因此试样的断口角度直接显示材料是拉断还。因此试样的断口角度直接显示材料是拉断还 是剪断、材料自身抗拉、抗剪能力的强弱由此得到直接地比较是剪断、材料自身抗拉、抗剪

7、能力的强弱由此得到直接地比较 q 弹性变形阶段：切应力和切应变沿半径方向呈线性分布弹性变形阶段：切应力和切应变沿半径方向呈线性分布( (图图2-2b)2-2b)。 q 弹塑性变形段：切应变保持线性关系；切应力呈非线性变化弹塑性变形段：切应变保持线性关系；切应力呈非线性变化( (图图2-2c)2-2c)。 图图2-2 扭转试样的应力和应变示意图扭转试样的应力和应变示意图 10 扭扭 矩矩 M O A B C Mp 扭转角扭转角 M0.3 Mb f 2 2、低碳钢扭转曲线、低碳钢扭转曲线 图图2-3 退火低碳钢扭转曲线退火低碳钢扭转曲线 1). 弹性阶段弹性阶段(OA)： 外加扭矩不超过弹性范围时

8、， 变形是弹性的, M- 曲线是直线。 在此范围内卸载，试样仍恢复原 状，没有残余变形产生。截面上 的应力成线形分布，表面的剪应 力最大。即max= M / Wp 2). 屈服阶段屈服阶段(AB)： 屈服过程是由表面至圆心逐渐 进行，这时曲线开始变弯，横截 面的塑性区逐渐向圆心扩展，截 面上的应力不再是线形分布。出 现屈服平台,屈服极限记作s。 3)强化阶段强化阶段（BC） 超过屈服阶段后曲线上升，表 明材料又恢复了抵抗变形的能力。 低碳钢有很长的强化阶段但没有 颈缩直至断裂。试验前在试样表 面画的一条母线试验后变成了麻 花状，形象的说明了低碳钢断裂 前有很大的塑性变形。强度极限 记作b 。

9、11 1) 规定非比例扭转应力规定非比例扭转应力P， W为试样截面系数，圆柱样为为试样截面系数，圆柱样为 材料对扭转塑性变形的抗力材料对扭转塑性变形的抗力 2) 扭转屈服强度扭转屈服强度s为：为： Ms为残余扭转切应变为为残余扭转切应变为0.3%时的扭矩时的扭矩 3) 扭转强度极限扭转强度极限b为：为： 4) 真实扭转强度极限真实扭转强度极限f： 3 3、扭转的性能指标、扭转的性能指标 W M p p 16 3 0 d W M s s W M b b )(3 4 3 0 ffff d dM M d M Mf f为试样断裂时最大扭矩；为试样断裂时最大扭矩；f f试样断裂时单位长度扭转角试样断裂时

10、单位长度扭转角 12 5) 剪切弹性模量剪切弹性模量G： 4 0 00 4 0 2 0 32 32 d Ml I Ml G d dApI GI Ml p A p p 式中，式中，l0-标距长；标距长；d0-试样直径；试样直径；M-扭矩；扭矩；Ip-极惯性矩极惯性矩 13 4 4、扭转的特点和应用、扭转的特点和应用 切断断口切断断口：断面和试样轴线垂直，有回：断面和试样轴线垂直，有回 旋状塑性变形痕迹。旋状塑性变形痕迹。 切应力作用，塑性材料。切应力作用，塑性材料。 正断断口正断断口：断面和试样轴线约成：断面和试样轴线约成4545。 呈螺旋状或斜劈状。呈螺旋状或斜劈状。 正应力作用，脆性材料。正

11、应力作用，脆性材料。 (1) (1) 测定在拉伸时呈现脆性的材料的强度和塑性。测定在拉伸时呈现脆性的材料的强度和塑性。 (2) (2) 对各种表面强化工艺进行研究和对机件的热处对各种表面强化工艺进行研究和对机件的热处 理表面质量进行检验。理表面质量进行检验。 (3) (3) 精确评定拉伸时出现颈缩的高塑性材料的形变精确评定拉伸时出现颈缩的高塑性材料的形变 能力和形变抗力。能力和形变抗力。 (4)(4)测定材料的切断强度的最可靠方法。测定材料的切断强度的最可靠方法。 (5)(5)根据断口特征区分断裂方式是正断还是切断。根据断口特征区分断裂方式是正断还是切断。 图图2-4 扭断试样断口特征扭断试样

12、断口特征 14 二、弯曲及其性能指标二、弯曲及其性能指标 图图2-5 弯曲加载方式弯曲加载方式 (a)三点弯曲三点弯曲; (b) 四点弯曲四点弯曲 圆柱试样或方形试祥；圆柱试样或方形试祥； 万能试验机；加载方式一般有两种：万能试验机；加载方式一般有两种： 三点弯曲加载和四点弯曲加载。三点弯曲加载和四点弯曲加载。 1 1、弯曲测试、弯曲测试 15 用载荷用载荷F与试样最大挠度与试样最大挠度fmax弯曲图来弯曲图来 表征材料弯曲强度。表征材料弯曲强度。 F f fmax max O 塑性材料塑性材料 中等塑性中等塑性 脆性材料脆性材料 图图2-6 典型的弯曲图和试样典型的弯曲图和试样 试样受拉截面

13、的的最大弯曲应力按下 式计算： =MW， M最大弯矩； 三点弯曲加载：M=FL4 四点弯曲加载：M=FK2 W试样抗弯截面系数 直径为d的圆柱试样： W=(d3 ) /32； 宽度为b，高度为h的矩形试样 ： W=(bh2) /6 L试样支座距离； l压头间的距离； b试样宽度；h试样厚度 16 （1）规定非比例弯曲应力）规定非比例弯曲应力pb （如规定非比例弯曲应变为（如规定非比例弯曲应变为0.01%或或0.2%时的弯曲应力时的弯曲应力 ，分别记，分别记 为为pb0.01、pb0.2）。）。 方法：在弯曲力方法：在弯曲力挠度曲线上截取相应于规定非比例弯曲应变挠度曲线上截取相应于规定非比例弯曲

14、应变 的线段的线段OC，其长度计算为：，其长度计算为： 三点弯曲：三点弯曲：OC=nL12YPb 四点弯曲：四点弯曲：OC=n（3L-4L224YPb （n为挠度放大倍数，为挠度放大倍数，Y为为d 2，h 2 ） 找出找出OC对应的弯曲力对应的弯曲力Fpb，按公式计算出规定非比例弯曲应力，按公式计算出规定非比例弯曲应力 （2）抗弯强度）抗弯强度bb 方法：找出最大弯曲力，按公式计算出最大弯曲应力，即抗弯强方法：找出最大弯曲力，按公式计算出最大弯曲应力，即抗弯强 度度bb。 2 2、弯曲性能指标、弯曲性能指标 17 三、压缩及其性能指标三、压缩及其性能指标 试样通常为圆柱形；试样通常为圆柱形；

15、压缩曲线：压缩曲线：F-hF-h。 规定非比例压缩应规定非比例压缩应 力力 抗压强度抗压强度 相对压缩率相对压缩率 相对断面扩展率相对断面扩展率 F F 图图2-7 典型的压缩曲线典型的压缩曲线 0 A Fpc pc 0 A F bc bc %100 0 0 A AAf c %100 0 0 h hh f c Fbc为压缩断裂载荷；为压缩断裂载荷；h0、hf分分 别为试样原始高度和断裂高度别为试样原始高度和断裂高度; A0、Af分别为试样原始截面积分别为试样原始截面积 和断裂截面积和断裂截面积 18 金属的压缩照片金属的压缩照片 19 拉伸、压缩、弯曲、扭转等静载荷试验方法采用 的是横截面均匀

16、的光滑试样，但实际机件存在 螺孔、键槽等截面变化。（可视为缺口）。在 静载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变 化，产生“缺口效应”。 缺口包括轴间、螺纹、油孔、退刀槽、焊缝、不 均匀组织、夹杂物、第二相、晶界、亚晶界、 以及裂纹等引起形状改变的部位。 以厚薄来分，包括薄板缺口和厚板缺口。 2.3 缺口试样静载力学性能 一、缺口效应一、缺口效应 20 缺口第一效应缺口第一效应： 引起应力集中，并改变缺口前方的 应力状态，使缺口试样或机件所受的 应力由原来的单向状态改变为两向或 三向状态。（视板厚或直径而定）。 缺口第二效应缺口第二效应： 产生“缺口强化现象”（塑性材料 强度增高，塑性降低）在存

17、在缺口的 条件下由于出现了三向应力状态，并 产生了应力集中，试样的屈服应力比 单向拉伸时高。 注意：“缺口强化”不是金属的内在 性能发生变化，而是由于三向拉伸应 力约束了塑性变形所致，不能把它作 为强化材料的手段。 图图2-8 缺口材料拉伸时缺口材料拉伸时 弹性状态下的应力分布弹性状态下的应力分布 (a) 薄板薄板; (b)厚板厚板 21 应力集中系数应力集中系数Kt： 缺口造成应力集中的程度，决定于缺缺口造成应力集中的程度，决定于缺 口几何参数，口几何参数， 如形状、角度、深度及如形状、角度、深度及 根部曲率半径等。根部曲率半径等。 缺口引起的应力集中程度通常用应力缺口引起的应力集中程度通常

18、用应力 集中系数集中系数Kt表示定义为缺口净截面表示定义为缺口净截面 上的最大应力上的最大应力max与平均应力与平均应力之比，之比， 即即 Kt max/ 22 F缺口敏感性缺口敏感性(Notch Sensitivity Ratio)： 材料因存在缺口造成三向应力状态和应力应变集中而变材料因存在缺口造成三向应力状态和应力应变集中而变 脆的倾向。常用脆的倾向。常用缺口试样静拉伸缺口试样静拉伸、静弯曲静弯曲和和偏斜拉伸偏斜拉伸来来 评价。评价。NSR= BN /b（光滑试样的抗拉强度）（光滑试样的抗拉强度） 脆性材料及高强度材料一般脆性材料及高强度材料一般NSR1； 塑性材料一般塑性材料一般NSR

19、 1； NSR如同材料的塑性指标，也是安全性的力学性能指标。如同材料的塑性指标，也是安全性的力学性能指标。 在选材时只能根据使用经验确定对在选材时只能根据使用经验确定对NSR的要求，不能进的要求，不能进 行定量计算。行定量计算。 二、缺口试样的静拉伸和静弯曲性能二、缺口试样的静拉伸和静弯曲性能 23 试样的缺口形状和尺寸应试样的缺口形状和尺寸应 符合规定。符合规定。 缺口偏斜拉伸试验装置：缺口偏斜拉伸试验装置： 在试样与试验机夹头之间在试样与试验机夹头之间 有一垫圈，有一垫圈， 垫圈的倾斜垫圈的倾斜 角有角有0、4、83种，种， 测定不同倾斜角下的抗拉测定不同倾斜角下的抗拉 强度强度bN。相应

20、的抗拉强。相应的抗拉强 度以度以BN 4， BN 8表示。表示。 NSR= BN4或或BN 8（偏斜（偏斜 缺口试样的抗拉强度）缺口试样的抗拉强度）/ b（光滑试样的抗拉强度）（光滑试样的抗拉强度） 图图2-9 缺口拉伸试样缺口拉伸试样 缺口试样偏斜拉伸试验因同时承受拉伸和弯曲载荷复合作用，其应力状态缺口试样偏斜拉伸试验因同时承受拉伸和弯曲载荷复合作用，其应力状态 更更“硬硬”，缺口截面上的应力分布更不均匀，因而更能显示材料对缺口的敏，缺口截面上的应力分布更不均匀，因而更能显示材料对缺口的敏 感性。很适合高强度螺栓之类零件的选材和热处理工艺的优化。感性。很适合高强度螺栓之类零件的选材和热处理工

21、艺的优化。 F 缺口试样的静拉伸和偏斜拉伸缺口试样的静拉伸和偏斜拉伸 24 图图2-10 缺口弯曲试样和弯曲曲线缺口弯曲试样和弯曲曲线 F 缺口试样的静弯曲缺口试样的静弯曲 V型或型或U型缺口试样型缺口试样 试验可在室温或低温下进试验可在室温或低温下进 行，记下全部弯曲曲线为止。行，记下全部弯曲曲线为止。 弹性变形区弹性变形区、塑性变形、塑性变形 区区、和断裂区、和断裂区； 各区所占面积分别为弹性各区所占面积分别为弹性 功、塑性功和断裂功功、塑性功和断裂功 断裂功表示材料阻止裂纹断裂功表示材料阻止裂纹 扩展能力。扩展能力。 25 2.4 硬度 金属硬度的意义：金属硬度的意义： 硬度是表征材料软

22、硬程度的一种性能。一般认为硬度是一定体积硬度是表征材料软硬程度的一种性能。一般认为硬度是一定体积 内材料表面抵抗变形或破裂的能力。其物理意义随试验方法不同内材料表面抵抗变形或破裂的能力。其物理意义随试验方法不同 而不同。而不同。 （1）压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）：主要表征）压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）：主要表征 金属的塑性变形抗力及应变硬化能力；金属的塑性变形抗力及应变硬化能力； （2）弹性回跳法（如肖氏硬度）：主要表征金属弹性变形功的大）弹性回跳法（如肖氏硬度）：主要表征金属弹性变形功的大 小；小； （3）划痕法（如莫氏硬度）：主要表征金属对切断的抗力。）划痕法

23、（如莫氏硬度）：主要表征金属对切断的抗力。 因此因此“硬度硬度”不是金属独立的性能。不是金属独立的性能。 硬度测试特点：硬度测试特点： (1) 应力状态系数应力状态系数2，maxmax。几乎所有材料都会产生塑性变。几乎所有材料都会产生塑性变 形，可测定塑性材料的硬度，也可测定淬火钢、硬质合金甚至陶形，可测定塑性材料的硬度，也可测定淬火钢、硬质合金甚至陶 瓷等脆性材料的硬度。瓷等脆性材料的硬度。 (2) 设备简单，操作方便快捷，故被广泛应用。设备简单，操作方便快捷，故被广泛应用。 (3) 可视为无损检测。可视为无损检测。 26 一、布氏硬度一、布氏硬度 图图2-11 布氏硬度计布氏硬度计 图图2

24、-12 布氏硬度试验原理布氏硬度试验原理 1、测定原理：、测定原理： 淬火钢球或硬质合金淬火钢球或硬质合金D(mm) ； 加载加载F(kgf)；保压；保压 卸载卸载 圆形压痕圆形压痕 用直径D(mm) 的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的力(Kgf 或N)将压头压入试样表面，保持规定的时间(S)后 卸除试验力，试样表面将存在压痕。测量压痕平 均直径d(mm)，求得压痕球形面积A(mm2)。 HB=0.102 FA (通常，布氏硬度值不标出单位) 根据压头材料不同，布氏硬度可标注： HBS：压头为淬火钢球(布氏硬度在450以下的材料)； HBW：压头为硬质合金钢球(布氏硬度在450650的材料)

25、; )( 204. 0 22 dDDD F 27 2、表示方法：、表示方法： 数字数字 + 硬度符号硬度符号 + 数字数字 / 数字数字 / 数字数字 硬度值硬度值 (HBW或或HBS) 钢球直径钢球直径 载荷载荷 定时定时 280 HBS10/3000/30； 50 HBW5/75。 压头直径及试验力的确定： 对于材料相同而厚薄不同的工件，为了测得相同的布 氏硬度值，在选配压头直径D及试验力F时，应保证得到几 何相似的压痕（即压痕的压入角保持不变)。试验力的保持 时间：对于黑色金属为1015 s, 对于有色金属为30s,对 于35HBS的材料为60s。 28 3、压痕几何相似原理、压痕几何相

26、似原理 (对于材料相同而厚薄不同的工件，对于材料相同而厚薄不同的工件， 为了测得相同的布氏硬度值，在选为了测得相同的布氏硬度值，在选 配压头直径配压头直径D及试验力及试验力F时，应保证时，应保证 得到几何相似的压痕（即压痕的压得到几何相似的压痕（即压痕的压 入角保持不变）：入角保持不变）： 已知：已知：d= D sin/2 两个条件：一是两个条件：一是为常数；为常数； 二是保证二是保证F/D2为常数。为常数。 F/D2为常数为常数 一定为常数；一定为常数； F/D2为常数为常数 HB恒定恒定 。 图图2-13 压痕相似原理压痕相似原理 )2/sin11 ( 204. 0 )( 204. 0 2

27、2 22 D F dDDD F HB 29 4、布氏硬度的优缺点：、布氏硬度的优缺点： q 优点：优点： 压痕面积大压痕面积大 反映较大区域内各组成相的平均性能；反映较大区域内各组成相的平均性能； 适合灰铸铁、轴承合金等测量。适合灰铸铁、轴承合金等测量。 试验数据稳定，重复性高。试验数据稳定，重复性高。 q 缺点：缺点： 压痕直径大压痕直径大 不宜在成品件上直接进行检验；不宜在成品件上直接进行检验； 硬度不同硬度不同 更换压头直径更换压头直径D和载荷和载荷F ； 压痕直径的测量也比较麻烦。压痕直径的测量也比较麻烦。 30 材料材料布氏硬度布氏硬度F/D2 钢及铸铁钢及铸铁 140 140 10

28、 30 铜及其合金铜及其合金35 35130 130 5 10 30 轻金属及其合金轻金属及其合金351.25 2.5 表表2-2 布氏硬度实验的布氏硬度实验的F/D2值的选择值的选择 31 二、洛氏硬度二、洛氏硬度 图图2-14 洛氏硬度计洛氏硬度计 图图2-15 洛氏硬度试验原理洛氏硬度试验原理 1、测定原理： 圆锥角120的金刚石圆锥 或直径为1.588mm、3.175mm的淬火钢球； 加载F(kgf)；保压 卸载 不是测量压痕面积，而是测量压痕深度。 00：未加载； l1：加F1，压入深度为hl； 22：加F2，压入深度为h2； 33：卸F2，留F1 压头提高h3 实际压入的深度为h。

29、 h值越大，硬度愈低；反之则愈高。 金刚石圆锥： k =0.2 mm； 淬火钢球： k =0.26 mm。 002. 0 hk HR 32 2、洛氏硬度的优缺点：、洛氏硬度的优缺点： q 优点：优点： 压痕小压痕小 采用不同标尺，可测定各种软硬不同和薄厚不一试样采用不同标尺，可测定各种软硬不同和薄厚不一试样 的硬度。的硬度。 压痕小，可对工件直接进行检验；压痕小，可对工件直接进行检验； 操作简便迅速；操作简便迅速； q 缺点：缺点： 压痕较小，代表性差；压痕较小，代表性差； 尤其是材料中的偏析及组织不均尤其是材料中的偏析及组织不均 匀等情况，使所测硬度值的重复性差、分散度大；匀等情况，使所测硬

30、度值的重复性差、分散度大； 用不同标尺测得的硬度值既不能直接进行比较，又不用不同标尺测得的硬度值既不能直接进行比较，又不 能彼此互换能彼此互换 不宜在极薄工件上直接进行检验；不宜在极薄工件上直接进行检验； 33 硬度符 号 压头类型初始力 F0(N) 主试验 力F1 总试验 力F 测量硬 度范围 应用举例 HRA金刚石圆锥 98.07 490.3588.42088硬质合金 HRB1.588钢球882.6980.720100低碳钢 HRC金刚石圆锥137314712070淬火钢 HRD金刚石圆锥882.6980.74077薄钢板 HRE3.175钢球882.6980.770100铝、镁合金 HR

31、F1.588钢球490.3588.460100铜合金 表表2-3 洛氏硬度实验的规范及应用洛氏硬度实验的规范及应用 布氏硬度只能测定硬度值小于布氏硬度只能测定硬度值小于450HB(或或650)的材料；洛氏硬度虽可测定的材料；洛氏硬度虽可测定 各种硬度，但标尺不同，所测硬度值不能直接换算。为了使得软硬材料各种硬度，但标尺不同，所测硬度值不能直接换算。为了使得软硬材料 有个连续一致的硬度指标，制定了维氏硬度。有个连续一致的硬度指标，制定了维氏硬度。 34 三、维氏硬度三、维氏硬度 图图2-16 维氏硬度计维氏硬度计 图图2-17 维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理 1、测定原理： 圆锥角136的金刚

32、石四棱锥 加载F(kgf/gf)；保压 卸载 测量压痕面积 对角线长度分别为dl和d2 (mm/m) ， 取其平均值d。 计算表面积S， HV=F/S=1.8544F/d2 (1854.4F/d2) 括号内表示显微维氏硬度 35 2、表示方法：、表示方法： 数字数字 + 硬度符号硬度符号 + 数字数字 / 数字数字 硬度值硬度值 (HV) 载荷载荷 定时定时 640HV30/20； 50 HV5。 3、优缺点：优缺点： 优点：优点： 采用对角线长度计量，精确可靠；采用对角线长度计量，精确可靠； 可以任意选择载荷可以任意选择载荷; 比洛氏硬度所测试件更薄。比洛氏硬度所测试件更薄。 缺点：测定方法

33、较麻烦，缺点：测定方法较麻烦， 工作效率低，工作效率低， 压痕面积小，代表性差，压痕面积小，代表性差， 不宜用于成批生产的常规检验。不宜用于成批生产的常规检验。 36 1 1、努氏硬度试验：、努氏硬度试验： 一种显微硬度试验方法一种显微硬度试验方法 与显微维氏区别一是压头形状不同；与显微维氏区别一是压头形状不同； 两个对面角不等的四棱锥金刚石压头两个对面角不等的四棱锥金刚石压头 ( (其对面角分别为其对面角分别为1721723030和和130130) )， 二是硬度值是试验力除以二是硬度值是试验力除以压痕投影面积压痕投影面积之商值。之商值。 故测量出压痕长对角线的长度故测量出压痕长对角线的长度

34、l (m) ， HK=1.451 F/l2 压痕细长，且只测量长对角线长度，压痕细长，且只测量长对角线长度， 故精确度较高。故精确度较高。 适于测定表面渗层、镀层及淬硬层的硬度，适于测定表面渗层、镀层及淬硬层的硬度， 可以测定渗层截面上的硬度分布等。可以测定渗层截面上的硬度分布等。 四、其它硬度四、其它硬度 图图2-18 努氏硬度试验努氏硬度试验 37 2 2、肖氏硬度试验：、肖氏硬度试验： 动载试验法；动载试验法； 原理：一定质量的带有金刚石或合金钢球的重锤从一原理：一定质量的带有金刚石或合金钢球的重锤从一 定高度落向试样表面，根据重锤回跳的高度来表征材定高度落向试样表面，根据重锤回跳的高度

35、来表征材 料硬度；料硬度； 肖氏硬度的符号用肖氏硬度的符号用KS表示表示 标准重锤从一定高度落下，以一定的动能冲击试祥表标准重锤从一定高度落下，以一定的动能冲击试祥表 面，使其产生弹性变形与塑性变形。其中一部分冲击面，使其产生弹性变形与塑性变形。其中一部分冲击 能转变为塑性变形功被试祥吸收。另一部分以弹性变能转变为塑性变形功被试祥吸收。另一部分以弹性变 形功形式储存在试祥中当弹性变形回复时能量被释形功形式储存在试祥中当弹性变形回复时能量被释 放，使重锤回跳至一定高度。放，使重锤回跳至一定高度。 材料的屈服强度越高，塑性变形越小，则存储的弹性能材料的屈服强度越高，塑性变形越小，则存储的弹性能 越高，重锤回跳得也越高，表明材料越硬。因此，肖越高，重锤回跳得也越高，表明材料越硬。因此，肖 氏硬度试验只在弹性模量相同时才可进行比较氏硬度试验只在弹性模量相同时才可进行比较 优缺点：优缺点： 一般为手提式，使用方便，便于携带可测