材料性能学第二章-材料在其它载荷下的力学性能

材料性能学

第二章材料在其它载荷下的力学性能

§2.1

应力状态软性系数§2.2

扭转、弯曲和压缩的力学性能§2.3缺口试样静载力学性能§2.4硬度

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，本章介绍扭转、弯曲、压缩、带缺口试样拉伸、硬度实验方法、特点及指标。§目录

§2.1应力状态软性系数

材料的塑性变形和断裂方式主要与应力状态相关：

正应力σ导致脆性的解理断裂；切应力τ导致塑性变形和韧性断裂。

一、受力分析为正确评估材料的失效方式，需研究不同加载条件下材料中的最大切应力τmax和最大正应力σmax的计算及相对大小。实际材料的变形和断裂方式主要决定于承载条件下的应力状态，不同应力状态对脆性正断起主要作用的σmax及对塑性变形和韧性断裂起主要作用的τmax相对大小不确定。§2.1应力状态软性系数

二、应力状态软性系数(1)任何复杂应力状态都可用3个主应力σ1、σ2、σ3(σ1>σ2>σ3)来表示。不同加载方式下，其应力状态软性系数α可表征材料发生塑性变形及脆性断裂的倾向。(4)应力状态软性系数，

α=τmax/σmax=(σ1-σ3)/2[σ1-υ(σ2+σ3)](2)根据三个主应力，按“最大切应力理论”计算最大切应力τmax

：

τmax=(σ1-σ2)/2(3)按“相当最大正应力理论”计算最大正应力σmax

：

σmax=σ1–ν(σ2+σ3)，ν为泊松比（金属材料一般取0.25）

α值越大的试验方法，金属越易产生塑性变形和韧性断裂。一般对塑性差的材料在较“软”的应力状态下考查其塑性倾向；对塑性好的材料在较“硬”的应力状态下考查其脆性倾向。

α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，最大切应力得到较充分得发展，因此容易引起塑性变形。反之，α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。§2.1应力状态软性系数

二、应力状态软性系数加载方式

主应力ασ1σ2σ3三向不等拉伸σ(8／9)σ(8／9)σ0.1三向等拉伸σσσ0单向拉伸σ000.5扭转σ0-σ0.8二向等压缩0-σ-σ1单向压缩00-σ2三向不等压缩-σ-(7／3)σ-(7／3)σ4表2-1不同条件下的应力状态软性系数

(ν＝0.25)§2.1应力状态软性系数

§2.1应力状态软性系数

三向等拉伸：应力状态最硬(α=0)，因其切应力分量为零。在这种应力状态下，材料最易发生脆性断裂，因此对于塑性较好的金属材料，为了充分揭示其脆性倾向，往往采用应力状态硬的三向不等拉伸试验，防止其仅产生塑性断裂。单向拉伸：正应力分量较大，应力状态较硬(α=0.5)

，一般适用于塑性变形抗力与切断抗力较低的塑性材料的试验。扭转和压缩：应力状态较软(α=0.8,2)

，材料易产生塑性变形，一般适用于在单向拉伸时易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料。硬度试验：属于三向不等压缩应力状态，应力状态非常软(α=4)

，因此硬度试验可在各种材料上进行。二、应力状态软性系数§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能一、扭转及其性能指标图2-1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-φ曲线同步记录下来。1、扭转的应力状态扭转试样与轴线呈45º上承受σmax

与轴线平行或垂直方向上承受τmax

。图2-2扭转试样的应力和应变示意图§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能弹性变形阶段：切应力和切应变沿半径方向呈线性分布(图2-2b)。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2-2c)。纯扭转时圆试样表面处于纯剪应力状态（图2-2a）。与杆轴成±45°角螺旋面上的两个主应力与最大剪应力τmax绝对值相等，即σ1=τmax=－σ3。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。扭矩MOABCMp扭转角φM0.3Mbφf2、低碳钢扭转曲线图2-3退火低碳钢扭转曲线1)弹性阶段(OA)：外加扭矩不超过弹性范围时，变形是弹性的。卸载后试样仍恢复原状，没有残余变形。截面上应力成线形分布，表面剪应力最大。2)屈服阶段(AB)：屈服由表面至圆心逐渐进行，曲线开始变弯，横截面的塑性区逐渐向圆心扩展，截面上的应力不再线形分布。出现屈服平台，屈服极限记作τs。

3)强化阶段（BC）超过屈服阶段后曲线上升，材料又恢复抵抗变形的能力。低碳钢有很长的强化阶段直至断裂。强度极限记作τb

。

§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能扭矩MOABCMp扭转角φM3Mbφf3、扭转的性能指标图2-3退火低碳钢扭转曲线§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能1)规定非比例扭转应力τP，

式中，Mp为扭转曲线上某一点对M轴的正切值较直线OA部分正切值大50%时对应的扭矩(N·m)；W为试样截面系数，圆柱样为。τP

表征了材料对扭转塑性变形的抗力．

2)扭转屈服强度τs：式中，Ms为残余扭转切应变为0.3%时的扭矩。3)扭转强度极限τb：式中，Mb为试样断裂前的最大扭矩。

3、扭转的性能指标§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能(4)真实扭转强度极限τf：试样表层存在塑性变形，使其切应力曲线下降。除极脆性材料外，利用弹性力学计算出的扭转强度极限τb与实际情况不符，τb

称为条件强度极限。式中，Mf为试样断裂时的最大扭矩；φf为试样断裂时单位长度上的相对扭转角；(dM/dφ)f为M-φ扭转曲线上f点处的切线相对于φ轴的夹角的正切值，可用图解微分法求出，画出临近断裂部分的M-φ曲线，曲线上Mf处的斜率tanα即为(dM/dφ)f

，如图2-4所示。图2-4(dm/dφ)t图解法3、扭转的性能指标§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能(4)真实扭转强度极限τf：当(dM/dφ)f=0时，τf=12Mf/πd03，为完全理想塑性条件下的表达式。(5)

剪切弹性模量G:M、φ分别为弹性变形阶段的扭矩和相对扭转角。(6)

扭转相对残余切应变γf:塑性材料，因塑性变形很大，弹性切应变可忽略不计，上式求出的总切应变可看作残余切应变；脆性材料和低塑性材料，因塑性变形很小，弹性变形不能忽略，须把上式所得总切应变值减去弹性切应变γp。§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能4、扭转的特点和应用扭转试验特点1：扭转的应力状态软性系数(α=0.8)较拉伸的应力状态软性系数(α=0.5)高，故可用来测定那些在拉伸时呈现脆性的材料的强度和塑性。

扭转试验及其测定的性能指标除作为扭转条件下服役机件设计和选材的依据外，也是一种材料试验研究中的重要测试手段。扭转试验特点2：扭转试验时试样截面的应力分布为表面最大，愈往心部愈小，其对材料表面硬化及表面缺陷十分敏感。因此，可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．§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能4、扭转的特点和应用扭转试验特点3：圆柱形试样在扭转试验时，整个试样长度上始终不产生缩颈现象，塑性变形始终是均匀的，其截面及标距长度也基本上保持原尺寸不变，故可用来精确评定那些拉伸时出现缩颈的高塑性材料的形变能力和形变抗力．

扭转试验特点4：扭转试验时正应力与切应力大致相等，而生产中所使用的大部分金属结构材料的σc＞tf，所以扭转试验是测定这些材料的切断强度的最可靠方法。根据试样的断口特征还可区分材料最终的断裂方式是正断还是切断。§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能4、扭转的特点和应用切断断口：断面和试样轴线垂直，有回旋状塑性变形痕迹。这是切应力作用的结果，塑性材料常具有切断断口。正断断口：断面和试样轴线约成45°,呈螺旋状或斜劈状。这是正应力作用的结果，脆性材料常为上述断口。图2-5扭断试样断口特征(a)切断断口,(b)正断断口二、弯曲及其性能指标图2-6弯曲加载方式(a)三点弯曲;(b)四点弯曲弯曲试验时，常用圆柱试样或方形试祥在万能试验机上进行，其加载方式一般有两种即：三点弯曲加载和四点弯曲加载。1、弯曲测试§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能三点弯曲加载，最大弯矩Mmax=FL/4;四点弯曲加载，L段为等弯矩，其最大弯矩Mmax=FK/2。通过记录载荷F与试样最大挠度fmax之间的关系曲线-弯曲图来表征材料弯曲强度。FfmaxO塑性材料中等塑性脆性材料图2-7典型的弯曲图和试样试样弯曲时，受拉截面的的最大弯曲正应力应力σmax按下式计算：σmax=Mmax／W，

Mmax－最大弯矩：

W－试样抗弯截面系数：直径为d的圆柱试样：W=(πd3)/32；宽度为b，高度为h的矩形试样：W=(bh2)/6。§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能2、弯曲性能指标对于脆性材料，可由弯曲曲线（图2-7(c)）计算出抗弯强度σbb：

σbb=Mb/W；式中，Mb为试样断裂是的弯矩。§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能2、弯曲试验特点及应用

弯曲试验特点1：弯曲加载时受拉一侧的应力状态基本与静拉伸相同，但不存在所谓的试样偏斜影响。故常用于测定因太硬而难于加工成拉伸试样的脆性材料的断裂强度，并能显示它们的塑性差别。

弯曲试验特点2：弯曲试验时截面上的应力分布也是表面上应力最大，故可灵敏反映材料的表面缺陷。故常用来比较和评定材料表面处理层的质量。弯曲试验特点3：塑性材料F-fmax曲线最后部分可任意延长[图2-7(a)]，表明弯曲试验不能使这些材料断裂．此时虽可测定规定非比例弯曲应力，但实际上很少应用，应采用拉伸试验。三、压缩及其性能指标§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能压缩试验的影响因素：为防止试样的纵向失稳，脆性材料和低塑性材料的试样高度h0和直径d0之比不应大于2，最好为1～2。由于试样端面摩擦的作用，试样尺寸h0/d0对压缩变形量及其形变抗力有很大影响．为排除这种影响，必须采用相同h0/d0的试样。试样端部的摩擦力不仅影响试验结果，而且会改变断裂形式，因此应尽量设法减小。压缩试验：指对试样施加轴向压力，在其变形和断裂过程中测定材料的强度和塑性等力学性能指标的试验方法。压缩试验用的试样通常为圆柱形。1.

压缩试验图2-8金属的压缩照片2.压缩性能指标§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能压缩曲线:

压缩试验时，材料抵抗外力变形和断裂情况也可用压力和变形的关系曲线来表示（图2-9）。图2-9典型的材料压缩曲线图2-10典型金属的压缩曲线1为脆性材料压缩曲线，断裂点f的应力即为抗压强度σbc；

2为塑性材料压缩曲线，其上部虚线表示材料被压扁但并不断裂。2.压缩性能指标式中，

Fbc为压缩断裂载荷；h0、hf分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和断裂截面积。§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能脆性材料的抗压强度及压缩塑性指标如下：

规定非比例压缩应力:

抗压强度:

相对压缩率:

相对断面扩展率:3.压缩试验的特点及应用§2.2

扭转、弯曲与压缩的力学性能

压缩试验特点1：单向压缩应力状态软性系数α=2。因此，压缩试验主要用于脆性材料，表征其在静拉伸韧性状态下所不能反映的力学行为。例如：绝大多数无机非金属材料和铸铁等脆性材料拉伸时为脆性正断，而压缩时则发生一定塑性变形并有沿着与轴线成45°的切断特征。

压缩试验特点2：压缩与拉伸的受力方向相反，所得的载荷一变形曲线、塑性及断裂形态也存在较大差别，特别是压缩试验不能使塑性材料断裂。故塑性材料一般不采用压缩方法检验。

压缩试验特点3：

多向不等压缩试验的应力状态软性系数α＞2

。此方法适用于脆性更大的材料，它可以反映此类材料的微小塑性差异。

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，因此将产生“缺口效应”。§2.3缺口试样静载力学性能一、缺口效应

以厚薄来分，包括薄板缺口和厚板缺口。

缺口的存在使缺口根部产生应力集中。当应力集中达到材料屈服强度时，引起根部附近区域塑性变形。即缺口造成应力应变集中，此为缺口的第一个效应。缺口第二效应：

缺口改变了其前方的应力状态，使试样或机件所受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），这为缺口的第二个效应。图2-11缺口材料拉伸时弹性状态下的应力分布(a)薄板;(b)厚板§2.3缺口试样静载力学性能

缺口第一效应：一、缺口效应(a)(b)应力集中程度用什么来表示呢？σx

σx应力集中系数Kt：§2.3缺口试样静载力学性能一、缺口效应缺口引起的应力集中程度通常用应力集中系数Kt表示，其定义为缺口净截面上的最大应力σmax与平均应力σ之比，即：

1)应力集中系数Kt通常取决于缺口几何形状，可从机械工程手册中查到。Kt＝σmax/σ2)应力集中具局部效应。应力集中具局部效应缺口强化现象：§2.3缺口试样静载力学性能一、缺口效应以厚板为例，研究塑性材料缺口截面上的应力分布。图2-12缺口前方局部屈服后的应力分布缺口内侧前沿一定区域存在塑性区塑性区内三向应力逐渐增加；缺口强化。如何理解缺口强化？复杂应力条件下材料屈服，S=σy-σx=σs

缺口强化现象：§2.3缺口试样静载力学性能一、缺口效应缺口存在条件下，由于出现了三向应力状态并产生应力集中及塑性变形，试样发生塑性变形所需应力比单向拉伸时高，产生“缺口强化现象”，即缺口塑性材料强度增高，塑性降低。注意：1）材料的σs未变。本质原因是由于缺口产生三向拉伸应力约束了塑性变形所致。2)

缺口使塑性下降，脆性上升，不应作用强化金属材料的手段。缺口敏感性(NotchSensitivityRatio)：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，称为材料的缺口敏感性(NSR)

。

二、缺口试样的静拉伸和静弯曲性能§2.3缺口试样静载力学性能脆性材料及高强度材料一般NSR<1；塑性材料一般NSR﹥1。NSR=σbN/σb缺口敏感系数(NSR)，即缺口拉伸试样抗拉强度与光滑拉伸试样抗拉强度的比值。通常用缺口试样静拉伸、偏斜拉伸试验和静弯曲进行评价。图2-13缺口拉伸试样缺口试样拉伸试验所用样品的缺口形状和尺寸应符合规定。§2.3缺口试样静载力学性能1.缺口试样的静拉伸和偏斜拉伸由于缺口截面上应力应变分布不均匀，实验结果分散性较大，应取较多试样进行试验。缺口偏斜拉伸试验装置：在试样与试验机夹头之间有一垫圈，以测定不同倾斜角下缺口试样的抗拉强度σbN。相应的抗拉强度以σbN

4、σbN8表示。图2-14缺口偏斜拉伸试验装置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“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感性。适合高强度螺栓之类零件的选材和热处理工艺的优化。§2.3缺口试样静载力学性能1.缺口试样的静拉伸和偏斜拉伸NSR=σbN4或σbN

8/σb

缺口弯曲试验所用试样尺寸一般采用V型或U型缺口试样。试验可在室温或低温下进行，直到试样发生折断，记下全部弯曲曲线为止。图2-16缺口弯曲试样弯曲曲线§2.3缺口试样静载力学性能2.缺口试样的静弯曲材料缺口弯曲曲线所包面积大致上可分为：弹性变形区Ⅰ、塑性变形区Ⅱ和断裂区Ⅲ；其各区所占面积则分别为弹性功、塑性功和断裂功。其中，断裂功表示材料阻止裂纹扩展能力。图2-15缺口弯曲试样§2.4

硬度表面渗氮处理齿轮§2.4

硬度硬度试验的意义：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而不同。硬度试验方法压入法刻划法静载压入动载压入球体压入锥体压入布氏硬度洛氏硬度维氏硬度努氏硬度回跳法肖氏硬度莫氏硬度§2.4

硬度硬度测试特点：

(1)应力状态系数α＞2(τmax>σmax)，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；

(3)可视为无损检测。1、布氏硬度1.测定原理：用一定大小的载荷F(kgf)，把直径D(mm)的淬火钢球(HBS)或硬质合金球(HBW)压入试样表面，保持规定的时间(S)后卸除试验力，测量压痕平均直径d(mm)，求得压痕球形面积A(mm2)。则单位压痕面积承受的平均压力即为布氏硬度，用符号HB表示。§2.4

硬度图2-17布氏硬度计图2-18布氏硬度试验原理数字+硬度符号+数字/数字/数字↓↓↓↓↓硬度值(HBW或HBS)钢球直径载荷定时§2.4

硬度

2.表示方法1、布氏硬度280HBS10/3000/30；500HBW5/75布氏硬度值的表示方法如下：

当压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度值为450～650

的材料；当压头为淬火钢球时，用符号HBS表示，适用于布氏硬度值低于450

的材料．

当保持时间为10～15s时可不标注。图2-19压痕相似原理§2.4

硬度1、布氏硬度3.压痕几何相似原理布氏硬度试验的基本条件是载荷P和压球直径D必须事先确定，所得的数据才能进行相互比较。适用性不强对同种材料，能否得到相同的布氏硬度？要保证所得压入角φ相等，必须使P/D2

为一常数，只有这样才能保证对同一材料得到相同的HB值。也就是两次测量在几何上是相似的，这就是布氏硬度测量的相似性原理。§2.4

硬度1、布氏硬度3.压痕几何相似原理

布氏硬度值的F/D2比值：有30、15、10、5、2.5、1.25和1共7种。对软硬不同的材料，为获得统一、可比较的硬度值，应选用不同的F/D2比值。问题：选择多大的F/D2

？F/D2大，那么压痕深，否则，压痕浅；

对于布氏硬度测量，希望压痕不要太深，也不要太浅;

大量试验表明，在下面的试验条件下，测量结果最为稳定：§2.4

硬度1、布氏硬度3.压痕几何相似原理材料布氏硬度F/D2钢及铸铁

＜140≥1401030铜及其合金＜3535~130＞13051030轻金属及其合金＜351.252.5表2-2布氏硬度实验的F/D2值的选择§2.4

硬度1、布氏硬度以钢（黑色金属）和铝合金（有色金属）为例，说明：为什么钢的P/D2取30，而铝的P/D2取10？为什么钢的载荷保持时间比铝的小？试样厚度与载荷大小的关系？

优点：压痕面积大→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；→试验数据稳定，重复性高。4.布氏硬度的优缺点：§2.4

硬度1、布氏硬度缺点：压痕直径大→属有损检测，不宜在成品件上直接进行检验；硬度不同→更换压头直径D和载荷F；压痕直径的测量也比较麻烦。2.

洛氏硬度图2-20洛氏硬度计§2.4

硬度

洛氏硬度测定原理:洛氏硬度也是一种压入硬度试验方法。其原理不是通过测压痕面积求得硬度值，而是以测量压痕深度值的大小来表示材料的硬度值。2.

洛氏硬度§2.4

硬度

洛氏硬度测定原理:图2-21洛氏硬度试验原理(a)试验时先加初始试验力F0，以保证压头与试样表面接触良好，得到一个压痕深度h0，此时指针指零。试验所用的压头为圆锥角α=120°的金刚石圆锥或直径为1.588mm的淬火钢球。载荷分先后两次施加，先加初载荷F0，再加主载荷F1，其总载荷为F(F＝F0+F1)。(c)F1卸除后，总变形中的弹性变形恢复，压头回升一段距离，此时塑性变形深度即为压痕深度h，最终表盘指针所指即为洛氏硬度。(b)施加主作用力F1，压头压入深度为h1，表逆时针转到相应刻度位置，h1包括弹性变形与塑性变形。式中k值，金刚石圆锥：k=0.2mm；淬火钢球：k=0.26mm。2.

洛氏硬度§2.4

硬度

洛氏硬度测定原理:为了符合人的思维，即数值越大越硬，规定:2.

洛氏硬度

为了能用一种硬度计测定不同软硬材料的硬度，常采用不同的压头与总载荷组合成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后注明，有9种之多。常用HRA、HRB及HRC3种.§2.4

硬度

洛氏硬度标尺: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98.07490.3588.420~88硬质合金HRBΦ1.588钢球882.6980.720~100低碳钢HRC金刚石圆锥1373147120~70淬火钢HRD金刚石圆锥882.6980.740~77薄钢板HREΦ3.175钢球882.6980.770~100铝、镁合金HRFΦ1.588钢球490.3588.460~100铜合金表2-3洛氏硬度实验的规范及应用2.

洛氏硬度

洛氏硬度试验用载荷较大，不易测定极薄工件及热处理机件表面层硬度。为此，通过减少试验载荷，改变压头尺寸，研制出表面洛氏硬度。§2.4

硬度

表面洛氏硬度:表2-4表面洛氏硬度试验规范及应用2.

洛氏硬度优点：

有硬质、软质两种压头，适于各种不同硬质材料的检验；硬度值可从表盘上直接读出，故测定简便迅速、工效高；对试件表面损伤较小，可用于成品零件的质量检验；加有预载荷，可消除表面轻微不平对试验结果的影响；一定条件下，HB与HRC可以查表互换，1HRC≈1/10HB。§2.4

硬度

洛氏硬度的优缺点

缺点：

洛氏硬度存在人为定义，不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较；压痕小，对材料组织不均匀性很敏感，测试结果比较分散，重复性差。布氏硬度只能测定硬度值小于450HB(或650)的材料；洛氏硬度虽可测定各种硬度，但由于标尺不同，硬度值不能直接换算。为使软硬材料有个连续一致的硬度指标，制定了维氏硬度。3.

维氏硬度§2.4

硬度图2-22维氏硬度计3.

维氏硬度§2.4

硬度

维氏硬度测定原理:

用一定大小的载荷F(kgf)，把两相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体压入试样表面，保持规定时间后卸除载荷，测量压痕的对角线长度分别为d1和d2，取其平均值d，计算压痕表面积S，F/S即为试样的硬度值，用符号HV表示。图2-23维氏硬度试验原理3.

维氏硬度§2.4

硬度

维氏硬度测定原理:为什么选择136o？

为什么维氏硬度测试不同的材料不需要更换压头？当为44o时，其对角为136o。布氏硬度中，试验结果稳定条件要求：3.

维氏硬度§2.4

硬度

维氏硬度表示方法

当载荷单位为kgf时，压痕对角线长度单位为mm时，HV=F/S

当载荷单位为N时，压痕对角线长度单位为mm时，

维氏硬度表示方法如下：

数字+硬度符号+数字/数字↓↓↓↓硬度值(HV)载荷定时

640HV30/20HV=F/S3.

维氏硬度§2.4

硬度

维氏硬度试验的载荷:

维氏硬度载荷有49.1(5)、98.1(10)、196.2(20)、294.3(30)、490.5(50)、981(100)N(kgf)共6种。当测定薄件或表面硬化层硬度时．所选择的载荷应保证试验层厚度大于1.5d。

试验原理与维氏硬度测试原理一样，所不同的是载荷以gf计量，压痕对角线长度以μm计量。其主要用来测定各组成相的硬度以及研究金属化学成分、组织状态与性能的关系,符号仍用HV表示．

显微维氏硬度试验3.

维氏硬度§2.4

硬度

显微维氏硬度试验

显微硬度试验的载荷:

一般为2、5、10、50、100及200gf。试样必须制成金相样品，磨制与抛光试样时应注意，不能产生较厚的金属扰乱层和表面形变硬化层，以免影响试验结果。在可能范围内，尽量选用较大的负荷，以减少因磨制试样时所产生的表面硬化层的影响，从而提高测量的精确度。3.

维氏硬度§2.4

硬度3.

维氏硬度§2.4

硬度

维氏硬度试验优缺点优点：由于角锥压痕清晰，采用对角线长度计量，精确可靠；压头压入角恒定不变，因此可以任意选择载荷，而不存在布氏硬度那种载荷F与压球直径D之间的关系约束。优点：不存在洛氏硬度那种不同标尺的硬度无法统一的问题，而且比洛氏硬度所测试件厚度更薄。缺点：其测定方法比较麻烦，工作效率低，压痕面积小，代表性差，所以不宜用于成批生产的常规检验。四、其它硬度图2-24努氏硬度试验§2.4

硬度

努氏硬度试验原理努氏硬度也是一种显微硬度试验方法。不同之处在于：式中F为试验力，其值在0.4903～19.6lN范围内。

硬度值为试验力除以压痕投影面积的商值，故测量出压痕长对角线的长度l(μm)，可算出努氏硬度值(HK)：

使用的是两个对面角不等的四棱锥金刚石压头(其对面角为172.5°和130°)，在试样上得到长、短对角线长度比为7.11的棱形压痕；肖氏硬度试验：动载试验法；

图2-25肖氏硬度计四、其它硬度§2.4

硬度

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放，使重锤回跳至一定高度。

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料硬度。肖氏硬度的符号用KS表示；肖氏硬度试验：

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，肖氏硬度试验只在弹性模量(E)相同时才可进行比较。四、其它硬度§2.4

硬度

优缺点：

一般为手提式，使用方便，便于携带，可测现场大型工件的硬度。其缺点是试验结果的准确性受人为因素影响较大，测量精度较低。里氏硬度仪的特点:里氏硬度计可在任意方向上使用，便于在现场使用。里氏硬度值与金属材料的弹性模量E有关，所以通常按材料种类进行分类测试的。里氏硬度值与其它硬度值(HRC、HB、HV等)之间有对应关系．可将里氏值(HL)通过机内微电脑转换成其它硬度值。

图2-27里氏硬度计四、其它硬度§2.4

硬度

里氏硬度

由美国Dr.DietmarLeeb提出，是一种动态硬度试验法。硬度传感器的冲击体与被测工件冲击过程中，距工件表面1mm时的反弹速度(Vb)与冲击速度(Va)的比值乘以1000，定义为里氏硬度值并用HL表示。里氏硬度计算如下：HL=Vb/Va×1000莫氏硬度图2-26莫氏硬度分级四、其它硬度§2.4

硬度陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度称为莫氏硬度；它只表示硬度从小到大的顺序，不表示软硬的程度，后面的材料可以划破前面材料的表面；起初，莫氏硬度为分10级，后来因为出现了一些人工合成的高硬度材料，故又将莫氏硬度分为15级。§2.4

硬度§2.4

硬度科研例子：半固态压铸成形的汽车实物零件

该零件需要力学性能测试以及进行热处理强化，由于拉伸测试不太好取样，且又是破坏性，因此，硬度测试成为首先方法。固溶时效处理的一般步骤：⑴固溶处理：将合金加热