材料性能学课件：硬度-

材料性能学PropertiesofMaterials*2材料的硬度Hardness5.1硬度的意义及试验方法5.2布氏硬度(BrinellHardness）5.3洛氏硬度（RockwellHardness）5.4维氏硬度（VickersHardness）5.5显微硬度5.6其它硬度*3一、填空1.硬度表征材料的

。2.常用硬度试验方法有

、

、

和

等。3.测45钢调质后的硬度，可选用

硬度实验方法。4.要鉴别淬火钢中马氏体组织的硬度，可用

硬度实验方法，5.测量灰铸铁的硬度，可用

硬度实验方法。6.石膏和金刚石的硬度可用

表示。7.测橡胶垫的硬度可用

表示。掌握：*4二、简答今有如下工作需测定硬度，试说明选用何种硬度实验法为宜。渗碳层的硬度分布；淬火钢；灰铸铁；硬质合金；鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体；掌握：*5二、简答仪表小黄铜齿轮；龙门刨床导轨；氮化层；火车圆弹簧；高速钢刀具。*65.1硬度的意义及试验方法硬度：表征材料软硬程度的一种力学性能。加载方式压入法动载：（回跳法）肖氏硬度，

超声波硬度，

锤击式布氏硬度。静载：布氏HB、洛氏HR、维氏HV等。刻划法莫氏硬度顺序法，挫刀法*7硬度：材料表面上小体积内抵抗变形或破裂的能力。特点：设备简单，操作方便→检验工件质量；压痕小，无损检测→检验成品。*85.2

布氏硬度（BrinellHardness）HB↑→材料越硬。1、原理：1900年，瑞典J.B.Brinell工程师直径D的淬火钢球（硬质合金球）在一定大小的载荷（Kgf）作用下压入试样表面，保持一定时间，御载后测量表面残留压痕直径d（mm），→→计算压痕面积S，单位压痕面积的平均压力为布氏硬度HB。(kgf/mm2)*92、表示方法：硬度值+符号HBS（HBW）+钢球直径/载荷/时间（10～15S不标注）淬火钢球HBS

（硬质合金球HBW

）HBS=（≤450）HBW（450～650）

280HBS10/3000/30500HBW5/750①材料不同，厚薄不同→→→载荷、钢球大小不同②对同一材料，如何保证不同的D和F下，布氏硬度相同？压痕几何相似条件*10压痕几何相似条件：不同载荷下，得到相同的硬度值，要求压入角φ相等。φ为常数→→F/D2为常数。F/D2为：30、15、10、5、2.5、1.25、1(7种)φ（280～740）,d≈0.24～0.6D*113、HB的特点及应用：优点：压痕大，不宜成品检验。更换压头和载荷F；d的侧量较麻烦。压痕面积较大，反映组成相的平均性能；数据稳定，重复性高。缺点：适合材料：灰铸铁，轴承合金等（粗大晶粒和组织）。不适合：要求高的表面；薄壁零件；表面硬化层等。（影响表面质量和性能）。*125.3洛氏硬度（RockwellHardness）：1、原理：（1919年，美国Rockwell）压头：圆锥角α=120°的金刚石圆锥

或淬火钢球，压入材料表面，测压痕深度h；HughM.Rockwell(1890–1957)andStanleyP.Rockwell(1886–1940)fromConnecticutintheUnitedStatesco-inventedthe"Rockwellhardnesstester,"adifferential-depthmachine.TheyappliedforapatentonJuly15,1914.AugustBrinell(21November1849–17November1925)wasaSwedish

MechanicalEngineer.*13*145.3洛氏硬度（RockwellHardness）：h越大，硬度值越低，用常数k减去h后，每0.002mm为一硬度单位→→洛氏硬度HR（可直接读出）。金刚石压头k=0.2，钢球压头k=0.26。加载方法：初载F1：100N→→h1(表盘指针为0）;

（消除表面轻微不平的影响）→主载荷F2→→h2（弹性+塑变）卸主载→→弹性h3回复，残余压痕深度h。*16压头+载荷组合→不同软硬的材料（表2-3）HRA、HRB、HRC、HRD……H，HRK表面洛氏硬度：（表2-4）HR15N，HR30N，HR45N，金刚石压头？？？如何选用？？钢球压头？？？*17表5-2洛氏硬度测量标尺及选用标尺压头力（初始10kgf）硬度范围用途HRA金刚石60kgf20~88硬质合金，浅表面硬化钢HRD100kgf40~77中等表面硬化钢，P可锻铸铁HRC150kgf20~70淬火钢，调质钢，硬铸钢等HRF直径1/16”钢球60kgf60~100退火铜合金，软质薄板合金HRB100kgf20~100铜合金，软钢，铝合金HRG150kgf30~94可锻铁，铜-镍-锌合金HRH直径1/8”钢球60kgf80~100铝，锌，铅等HRE100kgf58~100铸铁，铝及镁合金，轴承合金HRK150kgf40~100青铜，铍青铜HRL直径1/4”钢球60kgf50~115轴承合金及其它极软的金属如铝、锌、铅、锡等，塑料（不适用塑料薄膜、泡沫塑料），硬纸板等HRM100kgf50~115HRP150kgf100~120HRR直径1/2”钢球60kgf50~115HRS100kgfHRV150kgf*182、HR的特点及应用：优点：压痕小，代表性差，数据分散（组织粗大）。不同标尺间硬度不可比较/互换；直读硬度，简捷；压痕小，表面损伤小；可测各种软硬/薄厚材料。缺点：适合材料：直接检验工件成品；不同标尺，适合各类材料。不适合：粗大组织(相）*195.4维氏硬度（VickersHardness）HB：小于450HB（650HB）HR：不同标尺，不能直接换算。1、原理与HB相似，1925年，英国R.L.Smith和G.E.Sandland提出，第一台由Vickers-Armstrong公司研制。*20两相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体压头压入试样表面，测量四方锥形压痕的对角线长度，取平均的值d，计算压痕面积S，F/S即为硬度值HV。(kgf/mm2)当载荷单位为N时，*212.表示：硬度值+HV+载荷/持续时间

640HV30/20载荷6种：5、10、20、30、50、100kgf尽量选大载荷→减少对角线长度的误差。*223.HV的特点及应用：优点：压痕小，代表性差；对角线测量较麻烦。压痕清晰，精度高；四棱锥压头的压入角恒定，压痕几何相似，标尺统一。可测薄件或表面硬化层。小于450HV时，HV与HB值大致相等。缺点：适合各类材料：不适合：成批生产检验*23显微维氏硬度：原理与维氏硬度同；载荷小：2、5、10、50、100、200g；压痕d以μm

计算。

HV=1854.4F/D2特点：压痕极微小，不损坏试样。试样为金相试样。灵敏度高。应用：研究表面层。组成相（组织）的硬度，研究组织与性能的关系。5.5显微硬度*245.5显微硬度工业纯铁20%形变后不同晶粒内部显微硬度测试*25*26努氏硬度（Knoop）：①压头：两对角面夹角130°,172.5°四棱锥金刚石压头；压痕：长、短对角线长度比为7：11的棱形压痕。②硬度值：F/压痕投影面积。测长对角线、精确度高；表面渗层、镀层、淬硬层硬度。脆性材料：玻璃、玛瑙，红宝石等。*271.莫氏硬度Mohs’hardnessscale

——刻划法1824年德国矿物学家莫斯(FrederichMohs)提出。陶瓷、矿物材料；只表示硬度从小→大的顺序；（10、15级）。123456789105.6其它硬度滑石方，萤磷长，石英黄玉刚金刚。滑石方萤磷正长，石英黄玉刚玉刚*28123456789101112131415*29无莫氏硬度计,可用其他东西代替；

小刀：硬度约为5.5；铜币：约为3.5至4；指甲：约为2至3；玻璃：硬度为6。*3010度钻石;9度红宝石、蓝宝石;8度黄玉、尖晶石;7.5度祖母绿、水蓝宝石、红色绿宝石、锆英石;71/4度红石榴石、黄石榴石、电气石7度紫水晶、水晶、翡翠(硬玉);6.5度橄榄石、钙铁石榴子石、软玉6度蛋白石、月长石、土耳其石;5度青金石、琉璃*31*32肉石1块“台湾故宫博物院”，1949年蒋介石从北京故宫带走；各色方解石云南丽江玉水寨---石头宴*33*34*35*36矿物化学成分莫氏硬度体积密度石英SiO272.65斜长石复杂硅酸盐，6～6.52.16～2.78方解石CaCO332.7白云石CaMg[CO3]23.5～42.8白云母复杂的硅酸盐2.5～32.77～2.88菱镁矿Mg[CO3]3.5～4.52.98～3.48菱铁矿Fe[CO3]3.5～4.53.96普通辉石Ca（Mg，Fe，Al）2[（Si，Al）2]O65.6～63.2～3.6普通角闪石复杂的硅酸盐5.5～63.1～3.3绿帘石Ca2[FeAl]3[SiO4][Si2O7]O（OH）6～6.53.05～3.38绿泥石复杂的硅酸盐2～2.52.6～2.8蛇纹石Mg6[Si4O10]（OH）82.5～3.52.5～2.7磁铁矿FeFe2O45.5～6.55.175黄铁矿FeS26～6.54.9～5.2*372、肖氏硬度HS-动载压力法1906年，美国人肖尔(AlbertF.Shore)首先提出。金刚石、硬质合金钢球从一定高度落向试样表面，依回跳的高度表征材料硬度HS;回跳越高，HS越高，存储的弹性能越高。特点：①相同E的材料的HS才能比较。②手提式，使用方便；③测量精度低。*38应用：大型构件、铸件、锻件：轧辊、机床导轨曲轴、特大型齿轮等。*393.里氏硬度（Leeb）：瑞士狄尔马·里伯（Leeb）博士WC球头冲击试件表面，撞击后的反弹速度不同。冲头在距试样表面1mm处的

回弹速度与冲击速度的比值.！硬度-里氏硬度计操作4分钟*40里氏硬度计*414.邵氏硬度：橡胶、塑料。HA：针尖Ф7.9mm。HD：针尖Ф0.2mm.HC：圆球.A型：软塑料/橡胶/毡/皮革/打印胶辊；D型：硬塑料和硬橡胶的硬度，地板材料，保龄球等。

C型：泡沫材料和海绵等软性材料；H=100-L/0.025!硬度-邵氏硬度计4分钟*42*43超声波硬度计振动棒，维氏压头，共振