航空工程材料课件 硬度

项目一：金属材料力学性能及其测试金属材料工艺性能的认识金属材料力学性能及测试金属材料理化性能的认识123金属材料工艺性能的认识金属材料力学性能及测试金属材料理化性能的认识123（三）硬度及其的测试定义：金属材料表面上局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。表征材料软硬程度的一种性能，反映材料抵抗硬物压入的能力。硬度试验的特点：设备简单，操作方便，硬度值可间接反映金属的强度，又是非破坏性的，可作产品最终性能检验，应用最广。划痕法硬度值（莫氏硬度）弹性回跳法硬度值（肖氏硬度）压入法硬度值（工业中应用广泛）布氏硬度(HBS)（压头为淬火钢球）洛氏硬度(HRC)（压头为锥角为120°的金刚石圆锥体）维氏硬度(HV)（压头为锥面角为136°的金刚石四棱锥体）材料硬度测定的两个条件：（1）压头：一个标准物体，用它压入被测材料表面。（2）载荷：加在压头上的规定压力。衡量指标：1.布氏硬度及其测试（1）原理布氏硬度=

FA凹=2FπD[D-（D²-d²）½]不写单位：kgf/mm2采用淬火钢球时，记为HBS采用硬质合金钢球时，记为HBW

当F的单位取N时，加系数0.102(2)不同的测试条件下得到的结果怎样才能有可比性？只要保证F/D2恒定，就可以保证压痕的几何形状相似，则不同测试结果不变。常用F/D2=30,10,2.5D=10,5,2.5t=15,30,60t：黑色金属为10～15s，有色金属为30s，HB＜35时为60s。(3)应用范围：用于测定铸铁、有色金属及其合金，各种退火、正火及调质钢材，原材料，毛坯的硬度，特别对于软金属如：铝、铅、锡等更为适宜。当HBS<450、HBW450-650时有效。

(4)特点：①测量压痕较大，硬度值较精确、误差小，数据稳定，重复性强，反映平均性能。（软点）②可根据布氏硬度值近似地换算出

金属材料的强度，工程应用广。③测量过程比较麻烦且压痕较大，

不宜测量成品，只适宜测量硬度不高

的铸铁、有色金属、退火软钢的半

成品及毛坯。④操作慢，不适用批量生产。8＜HBS＜450，8＜HBW＜650⑤测量压痕较大，不适用于薄形件。典型的布氏硬度机型号HB－3000（5）符号及其表示方法“S”表示淬火钢球，“W”表示硬质合金球头。HBS(W)之前的数字为硬度值，符号后面按以下顺序用数字表示试验条件：①球体直径；②试验力（kgl）；③试验力保持时间（10～15s不标出）。例：110HBS10/1000/30600HBW5/750240HBS10/1000布氏硬度试验视频2.洛氏硬度及其测试（1）原理在压头上施加初始试验力F0，一压并压人深度h1。再加主试验力F1作用于压头，一压并压人深度h2。保持规定时间后卸除F1，由于被测工件的弹性变形恢复，压头压人深度变为h3。则压头在主载荷作用下压入金属表面的塑性变形深度是h＝h3－h1，用每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位

HR＝(k-h)/0.002洛氏硬度值没有单位，试验时可由硬度计的指示器上直接读出。对金刚石圆锥压头k=0.2mm对钢球压头k=0.26mm加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值（2）常用的洛氏硬度标度及其应用范围两种压头：顶角120°的金刚石圆锥体

D＝1.588mm的淬火钢球试验载荷：F0＝10kgl

（HRC）F1＝140kgl（HRB）F1＝90kgl（HRA）F1＝50kgl

各种不同标度的洛氏硬度值可用试验测定的换算表相互比较常用的三种洛氏硬度标尺的硬度符号、试验规范洛氏硬度标尺硬度符号测量范围初试验力F0/N主试验力F1/N总试验力F/N压头类型应用举例AHRA60~8898.07490.3588.4120°金刚石圆锥体硬质合金表面淬火层渗碳层等BHRB25~10098.07882.6980.71.588mm钢球有色金属退火钢正火钢CHRC20~6798.0713731471120°金刚石圆锥体调质钢淬火钢等（3）洛氏硬度特点①测量硬度的范围大，可测从很硬到很硬的材料。②测量过程简单迅速，能直接从刻度盘上直接读数，效率高，适用大批量生产零件的检测。③压痕较小，可测量成品及薄件。④压痕小，测量数值分散，精确度不如布氏硬度试验高，需多次测量。（例：45钢的软点）。洛氏硬度试验视频3.维氏硬度及其测试(1)测试原理与布氏硬度试验相似。压头：相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石。负荷：较小，有5、10、20、30、100、120kgl几种。总负荷保持时间：黑色金属10～15s,有色金属30±2s。当负荷恒定时，硬度值只与压痕投影的两对角线的平均长度d有关。测得d，可查表求HV值。(2)适用范围

8＜HV＜1000(3)表示方法HV附以相应的试验负荷值。例：HV30＝375HV5＝483(4)特点与应用范围特点：a.由于载荷小，压头136°钝锥角，压痕小，不致压穿工件，可测量硬度高而薄的工件，而且可测量渗层的表面硬度。b.压痕面积较浅而大，工件硬度高低在压痕对角线的长度上很敏感，测量值较准。c.测量过程较麻烦，对试件表面质量要求高，一般须用金相砂纸抛光。d.所测硬度值与负荷大小的选择无关。e.测量范围大，8＜HV＜1000。f.标尺唯一。g.造成测量误差的外来因素较少。应用范围：对硬度极高或极薄的材料都适用。适宜检查化学热处理及电镀表层硬度，航空修理工厂用于检查氮化层脆性。维氏硬度试验视频硬度指标的实用性：硬度实际上反映了金属材料的综合力学性能。它不仅从金属表面层的一个局部反映了材料的强度，同时也反映了材料的塑性（压痕的大小或深浅）。

硬度试验和拉伸试验都是在静试验力作用下测定材料力学性能的方法，但因拉伸试验属于破坏性试验，测定方法也比较复杂，所以主要用于原材料的性能测试和质量检验；而硬度试验则简单迅速，基本上不损伤材料，甚至不需要专门的试样，可以直接在工件上测试。因此，在生产中得到更为广泛的应用。思考练习题1.选择下列材料的硬度测试方法，并写出硬度符号或标尺。（1）淬火钢（2）手用钢锯条（3）渗碳层硬度（4）有色金属（5）灰铸铁件