材料的力學(xué)行為及性能

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1、第三章材料的硬度硬度是衡量材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)。硬度值的大小不僅取決于材料的成份和顯微組織，而且取決于測(cè)量方法和條件。測(cè)定硬度的方法很多，主要有壓入法、回跳法和刻劃法三大類(lèi)。用不同的方法測(cè)定的硬度具有不同的意義，例如壓入法硬度值表征金屬塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力；回跳法硬度值主要表征金屬?gòu)椥宰冃喂Φ拇笮?；劃痕法硬度值主要表征金屬切斷?qiáng)度。目前還沒(méi)有統(tǒng)一而確切的關(guān)于硬度的物理學(xué)定義。一般指金屬表面抵抗局部壓入塑性變形或刻劃破裂的能力。硬度試驗(yàn)一般僅在金屬表面局部產(chǎn)生很小的痕跡，因而很多機(jī)件表面可在成品上試驗(yàn)而無(wú)需專(zhuān)門(mén)加工試樣；因其設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便、迅速，同時(shí)又能敏感地反映出金屬材料

2、的化學(xué)成份和組織結(jié)構(gòu)的差異，因而廣泛用于檢查金屬材料的性能、熱加工工藝的質(zhì)量或研究金屬組織結(jié)構(gòu)的變化，也用于檢查金屬表面層的質(zhì)量（如脫碳）、表面淬火和化學(xué)熱處理后的表面性能等。在機(jī)械制造行業(yè)中，主要采用壓入法（其中又包括布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度多種，本章將做重點(diǎn)介紹。壓入硬度試驗(yàn)方法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α>2.0，幾乎所有的金屬材料在這種應(yīng)力狀態(tài)下都能產(chǎn)生塑性變形。因此，這種試驗(yàn)方法不僅可以測(cè)定塑性金屬材料的硬度，也可測(cè)定淬火鋼、硬質(zhì)合金甚至陶瓷等脆性材料的硬度。始于1900年GB/T231-84GB/T231.1-2002§3.1布氏硬度一、測(cè)試原理和方法1.試驗(yàn)原理P單位

3、：kgf；尺寸單位：mm載荷單位如用N，則需要進(jìn)行換算，公式右乘以0.102用一定的壓力將淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除壓力，在試樣表面留下壓痕，單位壓痕表面積（A）所承受的平均壓力定義為布氏硬度值。9原標(biāo)準(zhǔn)壓球可用硬質(zhì)合金球（標(biāo)為HBW），也可用淬火鋼球（標(biāo)為HBS），現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只用硬質(zhì)合金球，統(tǒng)一為HBW，同時(shí)載荷P單位統(tǒng)一為牛頓（N），則：1908，德國(guó)meyer（邁耶爾）定律：A，n：材料常數(shù)2.試驗(yàn)規(guī)范材料不同、厚度不同，則測(cè)時(shí)需要選用不同直徑的壓頭和壓力，為了具有不同試驗(yàn)條件下的試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，則要求同一材料，不同壓力、不同壓頭直徑的壓痕具有幾

4、何相似性：（φ：壓入角）則要求：同時(shí)要求d控制在（0.24～0.6）D（或0.25~0.5）9之間，以保證得到有效的硬度值。D有10mm，5mm、2.5mm和1mm四種，根據(jù)試樣厚度選擇，h<δ/10，一般，盡量選用大直徑（10mm）。*************************************************①d易測(cè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好；②硬度值可以反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，不受個(gè)別組成相及微小不均勻性的影響*************************************************0.102P/D2可選30、15、10、5

5、、2.5、1.25和1七種，其中30、15、2.5三種最為常用。試驗(yàn)力保持時(shí)間為10~15s（鋼鐵材料），有色金屬可以延長(zhǎng)30s，軟金屬可為60s。布氏硬度表示方法：硬度值HBW球直徑/試驗(yàn)力(kgf)/力保持時(shí)間（10～15s不標(biāo)）如：600HBW1/30/20二、特點(diǎn)及適用范圍提一下強(qiáng)度和布氏硬度的換算?壓頭直徑大，壓力大，壓痕面積大、反映較大范圍內(nèi)材料的平均性能，不受個(gè)別相和微區(qū)不均勻性的影響；試驗(yàn)結(jié)果分散性小，適合測(cè)定像灰鑄鐵或軸承合金這樣具有粗大晶?；虼执蠼M成相的材料的硬度測(cè)試；?壓痕大，成品檢驗(yàn)有困難，薄壁件和表面硬化層亦不適合；對(duì)于硬度太高的（>450HBW），因?yàn)闀?huì)壓壞壓

6、頭，宜采用洛氏硬度測(cè)試方法；?測(cè)量d需要時(shí)間，影響效率，不適合自動(dòng)檢測(cè)。GB/T230-91GB/T1818-94(表面)GB/T230.1-2004§3.2洛氏硬度一、測(cè)試原理和方法1.試驗(yàn)原理洛氏硬度試驗(yàn)以測(cè)量壓痕深度表示材料的硬度值洛氏硬度試驗(yàn)所用的壓頭有兩種：①圓錐角α＝120o的金剛石圓錐體；②一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球（以S、W區(qū)分之）（ф1.588mm，1/16in）9一般（比如鋼材）載荷保持時(shí)間：4~6s;軟金屬：10~60s（塑性變形需要時(shí)間，指針可能繼續(xù)移動(dòng)）試驗(yàn)中先加初始試驗(yàn)力P0（以保證壓頭和試樣表面接觸良好），在試樣表面得一壓痕，深度為h0，此時(shí)，指針歸零。

7、然后加主試驗(yàn)力P1，壓頭壓入深度h1。表盤(pán)指針以逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)刻度位置（其中的總變形h1包含彈性變形和塑性變形）。當(dāng)將卸除P1后，總變形h1中的彈性變形恢復(fù)，壓頭回升一段距離（h1－h(huán)）。這時(shí)試樣表面殘留的塑性變形深度h即為壓痕深度，而指針順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)所指的數(shù)值即為洛氏硬度值。洛氏硬度值以壓痕深度h來(lái)計(jì)算（h越大，硬度值越低，反之亦然），并規(guī)定每0.002mm為一個(gè)洛氏硬度單位，則：其中k為常數(shù)，金剛石圓錐形壓頭k＝0