《材料性能學》第2版全套PPT課件

《材料性能學》第2版全套PPT課件,材料性能學,材料,性能,全套,PPT,課件 第二章第二章 材料在其他靜載下的力學性能材料在其他靜載下的力學性能 機器零件或建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應力狀態(tài)一般是機器零件或建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應力狀態(tài)一般是十分復雜的，僅采用單向靜拉伸那樣的力學性能十分復雜的，僅采用單向靜拉伸那樣的力學性能試驗，并不能完全反映材料在不同應力狀態(tài)下所試驗，并不能完全反映材料在不同應力狀態(tài)下所表現(xiàn)的彈性變形、塑性變形以及斷裂行為等性能表現(xiàn)的彈性變形、塑性變形以及斷裂行為等性能特點。特點。常采用模擬材料在承受常采用模擬材料在承受扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)、彎曲彎曲、壓縮壓縮以及帶有臺階、空洞、螺紋等情況下加載方式的以及帶有臺階、空洞、螺紋等情況下加載方式的試驗方法，研究材料在不同應力狀態(tài)下的力學行試驗方法，研究材料在不同應力狀態(tài)下的力學行為和性能特點，為合理選材和設計提供充分的試為和性能特點，為合理選材和設計提供充分的試驗依據(jù)。驗依據(jù)。第一節(jié)第一節(jié) 應力狀態(tài)軟性系數(shù)應力狀態(tài)軟性系數(shù) 材料的塑性變形和斷裂方式主要與應力狀態(tài)有關：材料的塑性變形和斷裂方式主要與應力狀態(tài)有關：正應力容易導致脆性的解理斷裂正應力容易導致脆性的解理斷裂切應力容易導致材料的塑性變形和韌性斷裂切應力容易導致材料的塑性變形和韌性斷裂 實際應用中的材料，其變形和斷裂方式主要決定實際應用中的材料，其變形和斷裂方式主要決定于承載條件下的于承載條件下的應力狀態(tài)應力狀態(tài)。不同的應力狀態(tài)，對塑性。不同的應力狀態(tài)，對塑性變形和韌性斷裂起主要作用的最大切應力變形和韌性斷裂起主要作用的最大切應力max，和對，和對脆性正斷起主要作用的最大正應力脆性正斷起主要作用的最大正應力max的相對大小是的相對大小是不一樣的。不一樣的。第一節(jié)第一節(jié) 應力狀態(tài)軟性系數(shù)應力狀態(tài)軟性系數(shù) 材料力學表明，任何復雜的應力狀態(tài)都可用材料力學表明，任何復雜的應力狀態(tài)都可用3個個主應力主應力1、2和和3（123）來表示。）來表示。應力狀態(tài)應力狀態(tài)軟性系數(shù)軟性系數(shù)max=1-(2+3)（最大正應力理論）（最大正應力理論）max=（1-3）/2(最大切應力理論最大切應力理論)越大，材料越易塑性變形越大，材料越易塑性變形 越小，材料越易脆性斷裂越小，材料越易脆性斷裂第一節(jié)第一節(jié) 應力狀態(tài)軟性系數(shù)應力狀態(tài)軟性系數(shù) 表表2-1 不同加載條件下的應力狀態(tài)軟性系數(shù)不同加載條件下的應力狀態(tài)軟性系數(shù)（軟性系數(shù)）第一節(jié)第一節(jié) 應力狀態(tài)軟性系數(shù)應力狀態(tài)軟性系數(shù) 三向等拉伸時應力狀態(tài)最硬，因為其切應力分量為零，三向等拉伸時應力狀態(tài)最硬，因為其切應力分量為零，在這種應力狀態(tài)下，材料最易發(fā)生脆性斷裂，因此對于在這種應力狀態(tài)下，材料最易發(fā)生脆性斷裂，因此對于塑塑性較好的金屬材料性較好的金屬材料，為了充分揭示其脆性傾向為了充分揭示其脆性傾向，往往采用往往采用應力狀態(tài)硬的三向不等拉伸試驗應力狀態(tài)硬的三向不等拉伸試驗，防止其僅產(chǎn)生塑性斷裂。，防止其僅產(chǎn)生塑性斷裂。單向拉伸時，正應力分量較大，切應力分量較小，應單向拉伸時，正應力分量較大，切應力分量較小，應力狀態(tài)較硬，一般適用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的力狀態(tài)較硬，一般適用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的所謂塑性材料的試驗；所謂塑性材料的試驗；第一節(jié)第一節(jié) 應力狀態(tài)軟性系數(shù)應力狀態(tài)軟性系數(shù) 扭轉(zhuǎn)和壓縮時應力狀態(tài)較軟，材料易產(chǎn)生塑性變扭轉(zhuǎn)和壓縮時應力狀態(tài)較軟，材料易產(chǎn)生塑性變形，一般適用于那些在單向拉伸時容易發(fā)生脆斷而不形，一般適用于那些在單向拉伸時容易發(fā)生脆斷而不能充分反映其塑性性能的所謂脆性材料（如灰鑄鐵、能充分反映其塑性性能的所謂脆性材料（如灰鑄鐵、淬火高碳鋼和陶瓷材料等淬火高碳鋼和陶瓷材料等)，以充分揭示其客觀存在的，以充分揭示其客觀存在的塑性性能。塑性性能。第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 一、扭轉(zhuǎn)及其性能指標一、扭轉(zhuǎn)及其性能指標1、扭轉(zhuǎn)試驗測定的力學性能指標、扭轉(zhuǎn)試驗測定的力學性能指標 圖圖2-1 扭轉(zhuǎn)試樣的應力與應變扭轉(zhuǎn)試樣的應力與應變（a）試樣表面的應力與應變）試樣表面的應力與應變 （b）彈性變形階段的切應力與切應變沿橫截面的關系）彈性變形階段的切應力與切應變沿橫截面的關系（c）彈塑性變形階段的切應力與切應變的分布）彈塑性變形階段的切應力與切應變的分布 圓柱形試樣圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)試驗機扭轉(zhuǎn)試驗機第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 圖圖2-2 退火低碳鋼的扭轉(zhuǎn)圖退火低碳鋼的扭轉(zhuǎn)圖扭轉(zhuǎn)強扭轉(zhuǎn)強度極限度極限非比例扭非比例扭轉(zhuǎn)應力轉(zhuǎn)應力扭轉(zhuǎn)屈扭轉(zhuǎn)屈服強度服強度Ms為殘余扭轉(zhuǎn)切應變?yōu)闉闅堄嗯まD(zhuǎn)切應變?yōu)?.3時的扭矩（時的扭矩（NM）。）。Mb為試樣斷裂前的最大扭矩（為試樣斷裂前的最大扭矩（NM）。）。Mp為為 試樣標距部分表面比例且應變達到規(guī)定值時，該點對試樣標距部分表面比例且應變達到規(guī)定值時，該點對應的扭矩（應的扭矩（NM）。）。W扭轉(zhuǎn)截面系數(shù) 真實扭轉(zhuǎn)強度極限，應運用塑性力學理論，按圓柱真實扭轉(zhuǎn)強度極限，應運用塑性力學理論，按圓柱形試樣產(chǎn)生大量塑性變形條件下的扭轉(zhuǎn)真應力來計算。形試樣產(chǎn)生大量塑性變形條件下的扭轉(zhuǎn)真應力來計算。真實扭轉(zhuǎn)強度極限真實扭轉(zhuǎn)強度極限tf為為 式中：式中：Mf為試樣斷裂時的最大扭矩為試樣斷裂時的最大扭矩(Nm)；f為試樣斷為試樣斷裂時單位長度上的相對扭轉(zhuǎn)角。裂時單位長度上的相對扭轉(zhuǎn)角。b是按彈性力學公式計算的，計算值與真實情況不符，是按彈性力學公式計算的，計算值與真實情況不符，故稱故稱b為條件強度極限。除了極脆材料外，為條件強度極限。除了極脆材料外，b不能代表真不能代表真實扭轉(zhuǎn)強度極限，只能用作標準試樣條件下的相對比較。實扭轉(zhuǎn)強度極限，只能用作標準試樣條件下的相對比較。修正項修正項完全理想完全理想塑性條件塑性條件扭轉(zhuǎn)相對殘扭轉(zhuǎn)相對殘余切應變余切應變 對于塑性材料、因塑性變形很大，彈性切應變可以忽略對于塑性材料、因塑性變形很大，彈性切應變可以忽略不計，用上式求出的總切應變可看作殘余切應變。對脆性材不計，用上式求出的總切應變可看作殘余切應變。對脆性材料和低塑性材料，因塑性變形很小，彈性變形不能忽略，須料和低塑性材料，因塑性變形很小，彈性變形不能忽略，須把從上式中所得的總切應變值減去彈性切應變把從上式中所得的總切應變值減去彈性切應變 才是殘余切應變。才是殘余切應變。剪切彈剪切彈性模量性模量M、分別為彈性變形階段的扭矩和相對扭轉(zhuǎn)角。、分別為彈性變形階段的扭矩和相對扭轉(zhuǎn)角。第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 2扭轉(zhuǎn)試驗的特點及應用扭轉(zhuǎn)試驗的特點及應用 扭轉(zhuǎn)試驗是材料的一種重要測試手段，這是因為扭扭轉(zhuǎn)試驗是材料的一種重要測試手段，這是因為扭轉(zhuǎn)試驗具有如下特點。轉(zhuǎn)試驗具有如下特點。扭轉(zhuǎn)的應力狀態(tài)軟性系數(shù)扭轉(zhuǎn)的應力狀態(tài)軟性系數(shù)(=0.8)較拉伸的應力狀態(tài)較拉伸的應力狀態(tài)軟性系數(shù)軟性系數(shù)(=0.5)高，故可用來測定那些在拉伸時呈現(xiàn)高，故可用來測定那些在拉伸時呈現(xiàn)脆性的材料脆性的材料(ts/c=0.50.8)的強度和塑性。的強度和塑性。扭轉(zhuǎn)試驗時試樣表面的應力分布為表面最大，愈往扭轉(zhuǎn)試驗時試樣表面的應力分布為表面最大，愈往心部愈小。故此法對材料表面硬化及表面缺陷的反映心部愈小。故此法對材料表面硬化及表面缺陷的反映十分敏感。十分敏感。利用這一特性，可對各種表面強化工藝進利用這一特性，可對各種表面強化工藝進行研究和對機件的熱處理表面質(zhì)量進行檢驗。行研究和對機件的熱處理表面質(zhì)量進行檢驗。第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 圓柱形試樣在扭轉(zhuǎn)試驗時始終不產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，塑性圓柱形試樣在扭轉(zhuǎn)試驗時始終不產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，塑性變形始終是均勻的，變形始終是均勻的，故可用來精確評定那些拉伸時出現(xiàn)故可用來精確評定那些拉伸時出現(xiàn)頸縮的高塑性材料的形變能力和形變抗力。頸縮的高塑性材料的形變能力和形變抗力。扭轉(zhuǎn)試驗時正應力與切應力大致相等，而生產(chǎn)中所使扭轉(zhuǎn)試驗時正應力與切應力大致相等，而生產(chǎn)中所使用的大部分金屬結(jié)構(gòu)材料的（抗壓強度）用的大部分金屬結(jié)構(gòu)材料的（抗壓強度）c tf（抗拉（抗拉強度）強度），所以，扭轉(zhuǎn)試驗是測定這些材料的切斷強度的，所以，扭轉(zhuǎn)試驗是測定這些材料的切斷強度的最可靠方法。最可靠方法。第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 切斷斷口，斷面和試樣軸線垂直，有回旋狀塑性變切斷斷口，斷面和試樣軸線垂直，有回旋狀塑性變形痕跡，這是切應力作用的結(jié)果。塑性材料常為這種斷形痕跡，這是切應力作用的結(jié)果。塑性材料常為這種斷口，如圖口，如圖2-4(a)所示。正斷斷口，斷面和試樣軸線約成所示。正斷斷口，斷面和試樣軸線約成45角，呈螺旋狀或斜劈狀，這是正應力作用的結(jié)果，脆角，呈螺旋狀或斜劈狀，這是正應力作用的結(jié)果，脆性材料常為這種斷口，如圖性材料常為這種斷口，如圖2-4(b)所示。所示。圖圖2-4 扭轉(zhuǎn)試樣的斷口特征扭轉(zhuǎn)試樣的斷口特征 （a）切斷斷口）切斷斷口（b）正斷斷口）正斷斷口 圓柱試樣或方形試祥圓柱試樣或方形試祥 萬能試驗機萬能試驗機 1、彎曲實驗、彎曲實驗第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 二、彎曲及其性能指標二、彎曲及其性能指標 1彎曲試驗測定的力學性能指標彎曲試驗測定的力學性能指標 彎曲試驗時，用圓柱試樣或方形試樣在萬能試驗機上彎曲試驗時，用圓柱試樣或方形試樣在萬能試驗機上進行。加載方式一般有兩種。進行。加載方式一般有兩種。圖圖2-5 彎曲試驗加載方法彎曲試驗加載方法（a）集中加載（三點彎曲）集中加載（三點彎曲）（b）等彎矩加載（四點彎曲）等彎矩加載（四點彎曲）第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 圖圖2-6 典型的彎曲圖典型的彎曲圖（a）塑性材料）塑性材料（b）中等塑性材料）中等塑性材料 （c）脆性材料）脆性材料對于脆性材料，可根據(jù)彎曲圖對于脆性材料，可根據(jù)彎曲圖2-6（c）計算計算抗彎強度抗彎強度bb：式中：式中：Mb為試樣斷裂時的彎矩為試樣斷裂時的彎矩(Nm)材料的塑性可用最大彎曲撓度材料的塑性可用最大彎曲撓度fmax表示。表示。fmax值值可由百分表或撓度計直接讀出。此外，從彎曲可由百分表或撓度計直接讀出。此外，從彎曲-撓度撓度曲線上還可測算彎曲彈性模數(shù)曲線上還可測算彎曲彈性模數(shù)Eb。試樣彎曲時，受拉一側(cè)表面的最大正應力試樣彎曲時，受拉一側(cè)表面的最大正應力max為為 式中：式中：W為試樣抗彎截面系數(shù)。為試樣抗彎截面系數(shù)。第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 2彎曲試驗的特點及應用彎曲試驗的特點及應用 彎曲加載時受拉的一側(cè)應力狀態(tài)基本上與靜拉彎曲加載時受拉的一側(cè)應力狀態(tài)基本上與靜拉伸時相同，且不存在如拉伸時的所謂試樣偏斜對試驗伸時相同，且不存在如拉伸時的所謂試樣偏斜對試驗結(jié)果的影響。結(jié)果的影響。因此彎曲試驗常用于測定那些由于太硬因此彎曲試驗常用于測定那些由于太硬難于加工成拉伸試樣的脆性材料的斷裂強度，并能顯難于加工成拉伸試樣的脆性材料的斷裂強度，并能顯示出它們的塑性差別。示出它們的塑性差別。彎曲試驗時，彎曲試驗時，截面上的應力分布也是表面上應力截面上的應力分布也是表面上應力最大，故可靈敏地反映材料的表面缺陷最大，故可靈敏地反映材料的表面缺陷。因此，常用。因此，常用來比較和評定材料表面處理層的質(zhì)量。來比較和評定材料表面處理層的質(zhì)量。第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 塑性材料的塑性材料的F-fmax曲線的最后部分可任意延長曲線的最后部分可任意延長圖圖2-6，表明彎曲試驗不能使這些材料斷裂。在這，表明彎曲試驗不能使這些材料斷裂。在這種情況下雖可測定規(guī)定非比例彎曲應力，但實際上種情況下雖可測定規(guī)定非比例彎曲應力，但實際上很少應用。對這些材料應采用拉伸試驗。很少應用。對這些材料應采用拉伸試驗。2彎曲試驗的特點及應用彎曲試驗的特點及應用圖圖2-6 塑性材料的彎曲圖塑性材料的彎曲圖第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 三、壓縮及其性能指標三、壓縮及其性能指標 1壓縮試驗測定的力學性能指標壓縮試驗測定的力學性能指標 壓縮試驗是對試樣施加軸向壓力，在其變形和斷裂過壓縮試驗是對試樣施加軸向壓力，在其變形和斷裂過程中測定材料的強度和塑性等力學性能指標的試驗方法。程中測定材料的強度和塑性等力學性能指標的試驗方法。壓縮試驗用的試樣通常為壓縮試驗用的試樣通常為圓柱形圓柱形。第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 Fbc為為壓壓縮縮斷斷裂裂載載荷荷；h0、hf 分分別別為為試試樣樣原原始始和和斷斷裂裂時的高度時的高度(m)；A0、Af試樣原始和斷裂時的截面積試樣原始和斷裂時的截面積(m2)。脆性材料的抗壓強度及壓縮塑性指標如下：脆性材料的抗壓強度及壓縮塑性指標如下：規(guī)定非比例壓縮應力規(guī)定非比例壓縮應力 抗壓強度抗壓強度 相對壓縮率相對壓縮率 相對斷面擴展率相對斷面擴展率 第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 為了防止試驗時試樣的縱向失穩(wěn)，對于脆性材料和低為了防止試驗時試樣的縱向失穩(wěn)，對于脆性材料和低塑性材枓其試樣的高度塑性材枓其試樣的高度h0和直徑和直徑d0之比不應大于之比不應大于2，最好，最好為為12。由于試樣端面摩擦的作用，試樣尺寸由于試樣端面摩擦的作用，試樣尺寸h0/d0對壓縮對壓縮變形量及其形變抗力有很大影響。為排除這種影響，使變形量及其形變抗力有很大影響。為排除這種影響，使試驗結(jié)果可以相互比較，必須采用相同的試驗結(jié)果可以相互比較，必須采用相同的h0/d0試樣。試樣。試樣端部的摩擦力不僅影響試驗結(jié)果，而且會改變試樣端部的摩擦力不僅影響試驗結(jié)果，而且會改變斷裂形式，因此應盡量設法減小。斷裂形式，因此應盡量設法減小。(1)單向壓縮的應力狀態(tài)軟性系數(shù)單向壓縮的應力狀態(tài)軟性系數(shù)a=2。因此，。因此，壓縮試驗壓縮試驗主要用于脆性材料，以顯示其在靜拉伸時所不能反映的材主要用于脆性材料，以顯示其在靜拉伸時所不能反映的材料在韌性狀態(tài)下的力學行為料在韌性狀態(tài)下的力學行為。例如，絕大多數(shù)的無機非金。例如，絕大多數(shù)的無機非金屬材料和鑄鐵等脆性材料在拉伸時表現(xiàn)為脆性正斷，而在屬材料和鑄鐵等脆性材料在拉伸時表現(xiàn)為脆性正斷，而在壓縮時則能發(fā)生一定的塑性變形，并有沿著與軸線成壓縮時則能發(fā)生一定的塑性變形，并有沿著與軸線成45角角的切斷特征。的切斷特征。2壓縮試驗的特點及應用壓縮試驗的特點及應用第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 壓縮與拉伸的受力方向不僅相反，且兩種試驗所得的載壓縮與拉伸的受力方向不僅相反，且兩種試驗所得的載荷荷-變形曲線、塑性及斷裂形態(tài)也存在較大差別，特別是壓變形曲線、塑性及斷裂形態(tài)也存在較大差別，特別是壓縮試驗不能使塑性材料斷裂。故塑性材料一般不采用壓縮縮試驗不能使塑性材料斷裂。故塑性材料一般不采用壓縮方法檢驗。方法檢驗。(3)多向不等壓縮試驗的應力狀態(tài)軟性系數(shù)多向不等壓縮試驗的應力狀態(tài)軟性系數(shù)2。此方法。此方法適用于脆性更大的材料，它可以反映此類材料的微小塑性適用于脆性更大的材料，它可以反映此類材料的微小塑性差異。此外，對于在接觸表面處承受多向壓縮的機件，如差異。此外，對于在接觸表面處承受多向壓縮的機件，如滾柱與滾珠軸承的套圈，也可采用多向壓縮試驗，使試驗滾柱與滾珠軸承的套圈，也可采用多向壓縮試驗，使試驗條件與機件的實際服役條件更接近。條件與機件的實際服役條件更接近。第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮與剪切的力學性能 缺口包括軸間、螺紋、油孔、退刀槽、焊缺口包括軸間、螺紋、油孔、退刀槽、焊縫、不均勻組織、夾雜物、第二相、晶縫、不均勻組織、夾雜物、第二相、晶界、亞晶界、以及裂紋等引起界、亞晶界、以及裂紋等引起形狀改變形狀改變的部位。的部位。以厚薄來分，包括以厚薄來分，包括薄板缺口薄板缺口和和厚板缺口厚板缺口。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能缺口試樣應力線分布、應力集中現(xiàn)象第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能一、缺口處的應力分布特點及缺口效應一、缺口處的應力分布特點及缺口效應1、彈性狀態(tài)下的應力分布、彈性狀態(tài)下的應力分布圖2-8 薄板缺口拉伸時彈性狀態(tài)下的應力分布軸向應力軸向應力y在缺口根在缺口根部最大，且隨根部距部最大，且隨根部距離的增加而不斷下降，離的增加而不斷下降，即在根部產(chǎn)生應力集即在根部產(chǎn)生應力集中。可見，中?？梢姡笨谠斐扇笨谠斐蓱兗?，這是應力應變集中，這是缺口的第一個效應。缺口的第一個效應。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能一、缺口處的應力分布特點及缺口效應一、缺口處的應力分布特點及缺口效應1、彈性狀態(tài)下的應力分布、彈性狀態(tài)下的應力分布 對于厚板，缺口根部為兩向應力對于厚板，缺口根部為兩向應力狀態(tài)，缺口內(nèi)側(cè)為三向應力狀態(tài)，狀態(tài)，缺口內(nèi)側(cè)為三向應力狀態(tài)，這種三向應力狀態(tài)是造成缺口試樣這種三向應力狀態(tài)是造成缺口試樣或構(gòu)件早期斷裂的主要原因。或構(gòu)件早期斷裂的主要原因。缺口改變了缺口前方的應力狀缺口改變了缺口前方的應力狀態(tài)，使平板中材料所受的應力由原態(tài)，使平板中材料所受的應力由原來的單向拉伸改變?yōu)閮上蚧蛉蚶瓉淼膯蜗蚶旄淖優(yōu)閮上蚧蛉蚶?，這是缺口的第二個效應。伸，這是缺口的第二個效應。圖2-9厚板缺口拉伸時彈性狀態(tài)下的應力分布第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能一、缺口處的應力分布特點及缺口效應一、缺口處的應力分布特點及缺口效應1、彈性狀態(tài)下的應力分布、彈性狀態(tài)下的應力分布 缺口造成應力集中的程度，決定于缺口幾何參缺口造成應力集中的程度，決定于缺口幾何參數(shù)，如缺口形狀、角度、深度及根部曲率半徑，數(shù)，如缺口形狀、角度、深度及根部曲率半徑，其中以根部曲率半徑的影響最大。缺口越尖，應其中以根部曲率半徑的影響最大。缺口越尖，應力集中越大。力集中越大。缺口引起的應力集中程度通常用應力集中系數(shù)缺口引起的應力集中程度通常用應力集中系數(shù)Kt表示。表示。Kt定義為缺口凈截面上的最大應力定義為缺口凈截面上的最大應力max與平均應力與平均應力之比，即之比，即第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能一、缺口處的應力分布特點及缺口效應一、缺口處的應力分布特點及缺口效應2塑性狀態(tài)下的應力分布塑性狀態(tài)下的應力分布 在有缺口條件下，由于出現(xiàn)了三向應力，試樣的在有缺口條件下，由于出現(xiàn)了三向應力，試樣的屈服應力比單向拉伸時要高，即產(chǎn)生了所謂缺口屈服應力比單向拉伸時要高，即產(chǎn)生了所謂缺口“強強化化”現(xiàn)象。現(xiàn)象。缺口使塑性材料得到缺口使塑性材料得到“強化強化”，這是缺口，這是缺口的第三個效應。的第三個效應。我們不能把我們不能把“缺口強化缺口強化”看作是強化材料的一種手看作是強化材料的一種手段，因缺口段，因缺口“強化強化”純粹是由于三向應力約束了材料純粹是由于三向應力約束了材料塑性變形所致。此時材料本身的塑性變形所致。此時材料本身的s值并未發(fā)生變化。值并未發(fā)生變化。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能一、缺口處的應力分布特點及缺口效應一、缺口處的應力分布特點及缺口效應2塑性狀態(tài)下的應力分布塑性狀態(tài)下的應力分布 比較缺口試樣與相同截面的光滑試樣可以發(fā)現(xiàn)，比較缺口試樣與相同截面的光滑試樣可以發(fā)現(xiàn)，在有缺口時，塑性材料的強度極限因塑性變形受約束在有缺口時，塑性材料的強度極限因塑性變形受約束而有一定程度的增加。而有一定程度的增加。對脆性材料或低塑性材料，缺口試樣拉伸常常是對脆性材料或低塑性材料，缺口試樣拉伸常常是直接由彈性狀態(tài)過渡到斷裂，很難通過缺口前方的微直接由彈性狀態(tài)過渡到斷裂，很難通過缺口前方的微量塑性變形使應力重新分布。所以，脆性材料缺口試量塑性變形使應力重新分布。所以，脆性材料缺口試樣的強度比光滑試樣要低。樣的強度比光滑試樣要低。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能 材料因存在缺口造成三向應力狀態(tài)和應力應變集中而材料因存在缺口造成三向應力狀態(tài)和應力應變集中而變脆的傾問，稱為缺口敏感性變脆的傾問，稱為缺口敏感性。材料不同，缺口敏感性不同。評價不同材料的缺口敏材料不同，缺口敏感性不同。評價不同材料的缺口敏感性，要進行缺口敏感性試驗。感性，要進行缺口敏感性試驗。常用的靜載下缺口試樣的力學性能試驗方法有常用的靜載下缺口試樣的力學性能試驗方法有缺口拉缺口拉伸、缺口彎曲和缺口偏斜拉伸伸、缺口彎曲和缺口偏斜拉伸。壓縮試驗對缺口試樣意義不大，因缺口敏感性在壓應壓縮試驗對缺口試樣意義不大，因缺口敏感性在壓應力條件下一般顯示不出來。扭轉(zhuǎn)試驗對缺口影響也不顯力條件下一般顯示不出來。扭轉(zhuǎn)試驗對缺口影響也不顯著，許多金屬材料著，許多金屬材料(如鋼和鋁合金如鋼和鋁合金)的環(huán)狀缺口試樣，其的環(huán)狀缺口試樣，其扭轉(zhuǎn)強度幾乎與光滑試樣相同。扭轉(zhuǎn)強度幾乎與光滑試樣相同。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能 由于缺口截面上應力應變分布不均勻，所以試驗結(jié)果分由于缺口截面上應力應變分布不均勻，所以試驗結(jié)果分散性很大，應取較多試樣進行試驗。散性很大，應取較多試樣進行試驗。缺口試樣靜拉伸試驗廣泛用于研究高強度材料的缺口缺口試樣靜拉伸試驗廣泛用于研究高強度材料的缺口敏感性、鋼和鈦的氫脆，以及高溫合金的缺口敏感性等。敏感性、鋼和鈦的氫脆，以及高溫合金的缺口敏感性等。在進行缺口敏感性試驗時，為了便于比較，所用在進行缺口敏感性試驗時，為了便于比較，所用試樣的缺口形狀和尺寸應符合規(guī)定試樣的缺口形狀和尺寸應符合規(guī)定。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能 圖圖2-12為缺口偏斜拉伸試驗裝置。為缺口偏斜拉伸試驗裝置。與一般缺口拉伸不同，在試樣與試驗與一般缺口拉伸不同，在試樣與試驗機夾頭之間有一墊圈，墊圈的傾斜角機夾頭之間有一墊圈，墊圈的傾斜角有有0、4、8 3種。通過更換不同角度種。通過更換不同角度的墊圈便可完成不同角度的偏斜拉伸的墊圈便可完成不同角度的偏斜拉伸試驗，測定材料在不同傾斜角度下的試驗，測定材料在不同傾斜角度下的抗拉強度抗拉強度bN。缺口試樣偏斜拉伸試驗，因同時存缺口試樣偏斜拉伸試驗，因同時存在拉伸和彎曲復合作用，故其應力狀在拉伸和彎曲復合作用，故其應力狀態(tài)更硬，缺口截面上應力更不均勻，態(tài)更硬，缺口截面上應力更不均勻，因而能顯示材料的高缺口敏感狀態(tài)。因而能顯示材料的高缺口敏感狀態(tài)。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能2、缺口試樣靜彎曲、缺口試樣靜彎曲 圖圖2-13 缺口彎曲試驗方法及其試樣缺口彎曲試驗方法及其試樣 缺口彎曲試驗同樣可缺口彎曲試驗同樣可以顯示材料的缺口敏感性。以顯示材料的缺口敏感性。由于缺口和彎曲引起的應由于缺口和彎曲引起的應力不均勻性疊加，力不均勻性疊加，故缺口故缺口彎曲較缺口拉伸應力應變彎曲較缺口拉伸應力應變不均勻性更嚴重。但應力不均勻性更嚴重。但應力應變多向性減小。應變多向性減小。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能2 缺口試樣靜彎曲缺口試樣靜彎曲 圖圖2-14 不同材料的缺口彎曲曲線不同材料的缺口彎曲曲線 第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能2、缺口試樣靜彎曲、缺口試樣靜彎曲 圖圖2-14 不同材料的缺口彎曲曲線不同材料的缺口彎曲曲線 彈性變形區(qū)彈性變形區(qū) 彈性功彈性功 斷裂區(qū)斷裂區(qū) 斷裂功斷裂功 塑性變形區(qū)塑性變形區(qū) 塑性功塑性功 斷裂功表示材料阻止裂紋擴展能力。斷裂功表示材料阻止裂紋擴展能力。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能二、缺口試樣的靜拉伸及靜彎曲性能2 缺口試樣靜彎曲缺口試樣靜彎曲 試驗時斷裂裂紋首先在缺口根部的表面產(chǎn)生，再擴展至整個截面AN。產(chǎn)生裂紋的載荷一般是Fmax，在F時裂紋擴展到臨界尺寸并隨即失穩(wěn)擴展而斷裂。裂紋裂紋產(chǎn)生和擴展所消耗的功就是斷裂功產(chǎn)生和擴展所消耗的功就是斷裂功，其值的大小反，其值的大小反映了裂紋擴展的難易程度，因此斷裂功表示材料阻止映了裂紋擴展的難易程度，因此斷裂功表示材料阻止裂紋擴展的能力。斷裂功越大，裂紋擴展就越慢，缺裂紋擴展的能力。斷裂功越大，裂紋擴展就越慢，缺口敏感性就越小口敏感性就越?。环粗?，缺口敏感性就大。第三節(jié)第三節(jié) 缺口試樣靜載力學性能缺口試樣靜載力學性能三、材料缺口敏感度及其影響因素三、材料缺口敏感度及其影響因素 缺口試樣的拉伸試驗，用于測定拉伸條件下材缺口試樣的拉伸試驗，用于測定拉伸條件下材料對缺口的敏感性，衡量在硬性應力狀態(tài)料對缺口的敏感性，衡量在硬性應力狀態(tài)(2），此應 力狀態(tài)下幾乎所有材料都會產(chǎn)生塑性變形；所用設備簡單、操作方便快捷；無損檢測。第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度二、硬度試驗方法二、硬度試驗方法 1布氏硬度布氏硬度1.1測定原理測定原理：圖2-17 布氏硬度試驗原理圖用一定大小的載荷F，把直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入試樣表面，保持規(guī)定時間后卸除載荷。第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度二、硬度試驗方法二、硬度試驗方法 1布氏硬度布氏硬度1.2表示方法表示方法：當壓頭為當壓頭為硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球時，用符號時，用符號HBW表示，適用于布氏表示，適用于布氏硬度值為硬度值為450650的材料；的材料；當壓頭為當壓頭為淬火鋼球淬火鋼球時，用符號時，用符號HBS表示，適用于布氏硬表示，適用于布氏硬度值低于度值低于450的材料。的材料。數(shù)字數(shù)字 +硬度符號硬度符號 +數(shù)字數(shù)字 /數(shù)字數(shù)字 /數(shù)字數(shù)字 硬度值硬度值 (HBW或或HBS)鋼球直徑鋼球直徑 載荷載荷 定時定時第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度二、硬度試驗方法二、硬度試驗方法 1布氏硬度布氏硬度1.2表示方法表示方法：例如，當用例如，當用10mm淬火鋼球，在淬火鋼球，在3000kgf載荷作用下保載荷作用下保持持30s時測得的硬度值為時測得的硬度值為280，則記為，則記為280 HBSl0/3 000/30。當保持時間為當保持時間為l015s時可不標注。如：時可不標注。如：500HBW5/750表示用直徑為表示用直徑為5mm的硬質(zhì)合金球，在的硬質(zhì)合金球，在750kgf載荷作用下保持載荷作用下保持l015s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為500。第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度二、硬度試驗方法二、硬度試驗方法 1、布氏硬度、布氏硬度1.3 壓痕相似原理：圖2-18 壓痕相似原理 要保持在不同的試驗條件下測要保持在不同的試驗條件下測得同一材料的布氏硬度值相同，得同一材料的布氏硬度值相同，必須同時滿足兩個條件：必須同時滿足兩個條件：一是使一是使形成的壓入角形成的壓入角為常數(shù)，即要獲得為常數(shù)，即要獲得幾何形狀相似的壓痕；幾何形狀相似的壓痕；二是保證二是保證F/D2為常數(shù)。大量的試驗結(jié)果表為常數(shù)。大量的試驗結(jié)果表明，當明，當F/D2等于常數(shù)時所得壓痕等于常數(shù)時所得壓痕的壓入角的壓入角保持不變。保持不變。第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度二、硬度試驗方法二、硬度試驗方法 1布氏硬度布氏硬度1.3壓痕相似原理壓痕相似原理：布氏硬度試驗的F/D2的比值有30、15、10、5、2.5、1.25和1共7種。對軟硬不同的材料，為了獲得統(tǒng)一的、可比較的硬度值，應選用不同的F/D2比值，以便將壓入角限制在2874范圍內(nèi)，與此相應的壓痕直徑d應控制在(0.240.6)D之間。其選擇依據(jù)如表2-2所列。材料布氏硬度F/D2鋼及鑄鐵1401401030鋼及其合金353513013051030輕金屬及其合金351.252.5358051015801015鉛、錫11.25表2-2 布氏硬度試驗的F/D2值的選擇 第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度二、硬度試驗方法二、硬度試驗方法 1.4 布氏硬度的特點及適用范圍：布氏硬度的特點及適用范圍：布氏硬度試驗的優(yōu)點是壓痕面積較大，其硬度值布氏硬度試驗的優(yōu)點是壓痕面積較大，其硬度值能反映材料在較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平均性能能反映材料在較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平均性能。因此，。因此，布氏硬度檢驗最適合測定灰鑄鐵、軸承合金等材料的布氏硬度檢驗最適合測定灰鑄鐵、軸承合金等材料的硬度。硬度。壓痕大的另一優(yōu)點是試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性高。壓痕大的另一優(yōu)點是試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性高。布氏硬度試驗的缺點是因壓痕直徑較大，一般不宜布氏硬度試驗的缺點是因壓痕直徑較大，一般不宜在成品件上直接進行檢驗；此外，對硬度不同的材料在成品件上直接進行檢驗；此外，對硬度不同的材料需要更換壓頭直徑需要更換壓頭直徑D和載荷和載荷F，同時壓痕直徑的測量也，同時壓痕直徑的測量也比較麻煩。比較麻煩。第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度二、硬度試驗方法二、硬度試驗方法 2 洛氏硬度洛氏硬度2.1測定原理測定原理：圖圖2-19 洛氏硬度試驗原理洛氏硬度試驗原理120120的金剛石圓錐的金剛石圓錐或直徑為或直徑為1.588mm、3.175mm的淬火鋼的淬火鋼球球 式中式中k值，當壓頭值，當壓頭為金剛石時，取為金剛石時，取0.2；壓頭為淬火；壓頭為淬火鋼球時，取鋼球時，取0.26。硬度符號硬度符號壓頭類壓頭類型型初始初始試驗試驗力力(F0)/N主始主始試驗試驗力力(F1)/N總總始始試驗試驗力力(F)/N測測量硬量硬度范度范圍圍應應用用舉舉例例HRA金金剛剛石石圓圓錐錐98.07490.3588.42088硬硬質(zhì)質(zhì)合金、硬花薄合金、硬花薄鋼鋼板、板、表面薄表面薄層層硬化硬化鋼鋼HRB1.588鋼鋼球球882.6980.720100低碳低碳鋼鋼、銅銅合金、合金、鐵鐵素素體可體可鍛鑄鐵鍛鑄鐵HRC金金剛剛石石圓圓錐錐137314712070淬火淬火鋼鋼、高硬度、高硬度鑄鐵鑄鐵、珠光體可珠光體可鍛鑄鐵鍛鑄鐵HRD金金剛剛石石圓圓錐錐882.6980.74077薄薄鋼鋼板、中等表面硬化板、中等表面硬化鋼鋼、珠光體可、珠光體可鍛鑄鐵鍛鑄鐵HRE3.175鋼鋼球球882.6980.770100灰灰鑄鐵鑄鐵、鋁鋁合金、合金、鎂鎂合合金、金、軸軸承合金承合金HRF1.588鋼鋼球球490.3588.460100退火退火銅銅合金、合金、軟質(zhì)軟質(zhì)薄合薄合金板金板HRG1.588鋼鋼球球137314713094可可鍛鑄鐵鍛鑄鐵、銅銅-鎳鎳合金、合金、銅銅-鎳鎳-鋅鋅合金合金HRH3.175鋼鋼球球490.3588.480100鋁鋁、鉛鉛、鋅鋅HRK3.175鋼鋼球球1373147140100軸軸承合金、承合金、較軟較軟金屬、金屬、薄材薄材表2-3 各種洛式硬度的試驗規(guī)范及應用洛氏硬度試驗過程的示意圖洛氏硬度試驗過程的示意圖 實際檢測洛氏實際檢測洛氏硬度時，在硬度計的硬度時，在硬度計的壓頭上方裝有百分表，壓頭上方裝有百分表，可直接測出壓痕深度，可直接測出壓痕深度，并按上述并按上述3種洛氏硬種洛氏硬度標尺標出相應得硬度標尺標出相應得硬度值，因為硬度值可度值，因為硬度值可直接讀出，無需用公直接讀出，無需用公式計算。式計算。表2-4 各種表面洛氏硬度的試驗規(guī)范及應用 2.2 表面洛氏硬度表面洛氏硬度 洛氏硬度試驗的優(yōu)洛氏硬度試驗的優(yōu)點是操作簡便迅速點是操作簡便迅速；壓痕；壓痕小，小，可對工件直接進行檢驗可對工件直接進行檢驗；采用不同標尺，；采用不同標尺，可可測定各種軟硬不同和薄厚不一試樣的硬度。測定各種軟硬不同和薄厚不一試樣的硬度。其缺點是因壓痕較小，代表性差其缺點是因壓痕較小，代表性差；尤其是材；尤其是材料中的偏析及組織不均勻等情況，使所測硬度值料中的偏析及組織不均勻等情況，使所測硬度值的重復性差、分散度大；的重復性差、分散度大；用不同標尺測得的硬度用不同標尺測得的硬度值既不能直接進行比較，又不能彼此互換值既不能直接進行比較，又不能彼此互換。2.3 洛氏硬度的優(yōu)缺點及應用洛氏硬度的優(yōu)缺點及應用3.1維氏硬度的試驗原理維氏硬度的試驗原理3、維氏硬度與顯微硬度、維氏硬度與顯微硬度 圖2-20維氏硬度試驗原理圖當載荷單位當載荷單位kgf，壓痕對，壓痕對角線長度單位為角線長度單位為mm時時 當載荷的單位為當載荷的單位為N時時 3.2 維氏硬度的表示方法維氏硬度的表示方法3、維氏硬度與顯微硬度、維氏硬度與顯微硬度 例如，例如，640HV30/20 表明在載荷表明在載荷30kg作用下，持續(xù)作用下，持續(xù)20s測得的維氏硬度為測得的維氏硬度為640。若載荷持續(xù)時間為。若載荷持續(xù)時間為1015 s，則可不標出持續(xù)時間。，則可不標出持續(xù)時間。表示方法：表示方法：數(shù)字數(shù)字 +硬度符號硬度符號 +數(shù)字數(shù)字 /數(shù)字數(shù)字 硬度值硬度值 (HV)(HV)載荷載荷 定時定時 3.2 維氏硬度的表示方法維氏硬度的表示方法3、維氏硬度與顯微硬度、維氏硬度與顯微硬度 維氏硬度試驗的載荷有維氏硬度試驗的載荷有49.1(5)、98.1(10)、196.2(20)、294.3(30)、490.5(50)、981(100)N(kgf)共共6種。種。根據(jù)硬化層深度、材料的厚度和預期的硬根據(jù)硬化層深度、材料的厚度和預期的硬度，盡可能選用較大載荷，以減少測量壓痕對角度，盡可能選用較大載荷，以減少測量壓痕對角線長度的誤差。線長度的誤差。當測定薄件或表面硬化層硬度時，當測定薄件或表面硬化層硬度時，所選擇的載荷應保證試驗層厚度大于所選擇的載荷應保證試驗層厚度大于1.5d。3.3 顯微維氏硬度顯微維氏硬度3、維氏硬度與顯微硬度、維氏硬度與顯微硬度 顯微維氏硬度的試驗原理與維氏硬度試驗一樣，所顯微維氏硬度的試驗原理與維氏硬度試驗一樣，所不同的是負荷以不同的是負荷以gf計量，壓痕對角線長計量，壓痕對角線長m計量。主要計量。主要用來測定各種組成相的硬度以及研究金屬化學成分、用來測定各種組成相的硬度以及研究金屬化學成分、組織狀態(tài)與性能的關系。顯微硬度符號仍用組織狀態(tài)與性能的關系。顯微硬度符號仍用HV表示。表示。式中，式中，F(xiàn)以以gf為單位，為單位，d以以m為單位，系為單位，系數(shù)是數(shù)是1 854.43.3 顯微維氏硬度顯微維氏硬度3、維氏硬度與顯微硬度、維氏硬度與顯微硬度 顯微硬度試驗一般使用的負荷為：顯微硬度試驗一般使用的負荷為：2、5、10、50、100及及200gf，由于壓痕微小，試樣必須制由于壓痕微小，試樣必須制成金相樣品，成金相樣品，在磨制與拋光試樣時應注意，不在磨制與拋光試樣時應注意，不能產(chǎn)生較厚的金屬擾亂層和表面形變硬化層，能產(chǎn)生較厚的金屬擾亂層和表面形變硬化層，以免影響試驗結(jié)果。在可能范圍內(nèi)，盡量選用以免影響試驗結(jié)果。在可能范圍內(nèi)，盡量選用較大的負荷，以減少因磨制試樣時所產(chǎn)生的表較大的負荷，以減少因磨制試樣時所產(chǎn)生的表面硬化層的影響，從而提高測量的精確度。面硬化層的影響，從而提高測量的精確度。3.4 維氏硬度優(yōu)缺點及應用維氏硬度優(yōu)缺點及應用3、維氏硬度與顯微硬度、維氏硬度與顯微硬度 維氏硬度試驗具有維氏硬度試驗具有很多優(yōu)點很多優(yōu)點。由于角錐壓痕清晰，。由于角錐壓痕清晰，采用對角線長度計量，采用對角線長度計量，精確可靠精確可靠；壓頭為四棱錐體，；壓頭為四棱錐體，當載荷改變時，壓入角恒定不變，因此當載荷改變時，壓入角恒定不變，因此可以任意選擇可以任意選擇載荷，而不存在布氏硬度那種載荷載荷，而不存在布氏硬度那種載荷F與壓球直徑與壓球直徑D之間之間的關系約束。的關系約束。此外，此外，維氏硬度不存在洛氏硬度那種不維氏硬度不存在洛氏硬度那種不同標尺的硬度無法統(tǒng)一的問題，而且比洛氏硬度所測同標尺的硬度無法統(tǒng)一的問題，而且比洛氏硬度所測試件厚度更薄。試件厚度更薄。維氏硬度試驗的維氏硬度試驗的缺點缺點是其測定方法較麻煩，是其測定方法較麻煩，工作效工作效率低，壓痕面積小，代表性差，率低，壓痕面積小，代表性差，所以不宜用于成批生所以不宜用于成批生產(chǎn)的常規(guī)檢驗。產(chǎn)的常規(guī)檢驗。4.1 努氏硬度實驗努氏硬度實驗4、其它硬度、其它硬度 努氏硬度也是一種顯微硬度試努氏硬度也是一種顯微硬度試驗方法驗方法。與顯微維氏硬度的區(qū)別有。與顯微維氏硬度的區(qū)別有兩點：兩點：一是壓頭形狀不同一是壓頭形狀不同，如圖，如圖2-21所示。努氏硬度使用的是兩個對所示。努氏硬度使用的是兩個對面角不等的四棱錐金剛石壓頭面角不等的四棱錐金剛石壓頭(其對其對面角分別為面角分別為17230和和130)，因此，因此，在試樣上得到的是長、短對角線長在試樣上得到的是長、短對角線長度比為度比為7.11的棱形壓痕；的棱形壓痕；二是硬度二是硬度值不是試驗力除以壓痕之表面積之值不是試驗力除以壓痕之表面積之商值，而是除以壓痕投影面積之商商值，而是除以壓痕投影面積之商值。值。圖2-21努氏硬度壓頭與壓痕示意圖4.1 努氏硬度實驗努氏硬度實驗4、其它硬度、其它硬度 努氏硬度壓痕細長，且只測量長對角線長度，努氏硬度壓痕細長，且只測量長對角線長度，故故精確度較高精確度較高。適于測定。適于測定表面滲層、鍍層及淬硬層表面滲層、鍍層及淬硬層的硬的硬度，還可以測定滲層截面上的硬度分布等。度，還可以測定滲層截面上的硬度分布等。故測量出壓痕長對角線的長度故測量出壓痕長對角線的長度l(m)，就可按下式計算，就可按下式計算努氏硬度值努氏硬度值(HK)：式中：式中：F為試驗力，其值在為試驗力，其值在0.490319.61N范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。4.2 肖氏硬度實驗肖氏硬度實驗 肖氏硬度試驗是一種動載試驗法，其原理是肖氏硬度試驗是一種動載試驗法，其原理是將具有一定質(zhì)量的帶有金剛石或合金鋼球的重將具有一定質(zhì)量的帶有金剛石或合金鋼球的重錘從一定高度落向試樣表面，根據(jù)重錘回跳的錘從一定高度落向試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征材料硬度值大小。肖氏硬度的符號高度來表征材料硬度值大小。肖氏硬度的符號用用HS表示。表示。4.2 肖氏硬度實驗標準重錘從一定高度落下，以一定的動能沖擊試標準重錘從一定高度落下，以一定的動能沖擊試樣表面，使其產(chǎn)生彈性變形與塑性變形。其中一部分樣表面，使其產(chǎn)生彈性變形與塑性變形。其中一部分沖擊能轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃喂Ρ辉嚇游?，另一部分以彈沖擊能轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃喂Ρ辉嚇游?，另一部分以彈性變形功形式儲存在試樣中。當彈性變形回復時能量性變形功形式儲存在試樣中。當彈性變形回復時能量被釋放，使重錘回跳至一定高度，材料的屈服強度越被釋放，使重錘回跳至一定高度，材料的屈服強度越高，塑性變形越小，則存儲的彈性能越高，重錘回跳高，塑性變形越小，則存儲的彈性能越高，重錘回跳得也越高，表明材料越硬。因此，肖氏硬度試驗只有得也越高，表明材料越硬。因此，肖氏硬度試驗只有在在材料彈性模量相同時才可進行比較。材料彈性模量相同時才可進行比較。肖氏硬度計一般為手提式，使用方便，便于攜帶。肖氏硬度計一般為手提式，使用方便，便于攜帶。可測現(xiàn)場大型工件的硬度。可測現(xiàn)場大型工件的硬度。其缺點是試驗結(jié)果的準確其缺點是試驗結(jié)果的準確性受人為因素影響較大，測量精度較低。性受人為因素影響較大，測量精度較低。4.2 莫氏硬度莫氏硬度陶瓷及礦物陶瓷及礦物材料常用的材料常用的劃痕硬度稱為莫氏硬度，它劃痕硬度稱為莫氏硬度，它只表示硬度從小到大的順序，不表示軟硬的程度，后面只表示硬度從小到大的順序，不表示軟硬的程度，后面的材料可以劃破前面材料的表面的材料可以劃破前面材料的表面。起初，莫氏硬度為分。起初，莫氏硬度為分10級，后來因為出現(xiàn)了一些人工合成的高硬度材料，故級，后來因為出現(xiàn)了一些人工合成的高硬度材料，故又將莫氏硬度分為又將莫氏硬度分為15級。表級。表2-5為兩種莫氏硬度分級的順為兩種莫氏硬度分級的順序。序。表2-5 莫氏硬度順序順順序序材料材料順順序序材料材料1滑石滑石1滑石滑石2石膏石膏2石膏石膏3方解石方解石3方解石方解石4螢螢石石4螢螢石石5磷灰石磷灰石5磷灰石磷灰石6正正長長石石6正正長長石石7石英石英7SiO2玻璃玻璃8黃玉黃玉8石英石英9剛剛玉玉9黃玉黃玉10金金剛剛石石10石榴石石榴石11熔融氧化熔融氧化鋯鋯12剛剛玉玉13碳化硅碳化硅14碳化硼碳化硼15金金剛剛石石三、硬度與其它力學性能的關系三、硬度與其它力學性能的關系.金屬的布氏硬度與抗拉強度之間的關系金屬的布氏硬度與抗拉強度之間的關系 b=k HB 式中：式中：k為比例系數(shù)，不同的金屬材料其為比例系數(shù)，不同的金屬材料其k值不同；同值不同；同一類金屬經(jīng)不同熱處理后，盡管強度和硬度發(fā)生變化，一類金屬經(jīng)不同熱處理后，盡管強度和硬度發(fā)生變化，其其k值仍基本保持不變。通值仍基本保持不變。通過冷變形過冷變形提高硬度時，提高硬度時，k值值不再是常數(shù)不再是常數(shù)。三、硬度與其它力學性能的關系三、硬度與其它力學性能的關系3.2 金屬的布氏硬度與疲勞極限之間的關系金屬的布氏硬度與疲勞極限之間的關系 疲勞極限下,抗拉強度值之間的關系式為-1=mb式中：m為比例系數(shù)，對于不同的材料，不同的試驗條件，其m值不同。通常m=0.40.6，平均為0.5，即-1大致為b的一半。對于鋼鐵材料，已知b約為HB的3.3倍，因此，-1就約為HB的1.6倍左右，即-1 1.6HB，表2-6中列出了某些退火金屬的HB、b與-1的試驗數(shù)據(jù)。由表可見，黑色金屬基本上滿足上述關系。表2-6 退火金屬的HB、b與-1的關系金屬及合金名稱金屬及合金名稱HBb/MPak（=/HB）-1/MPa（=-1/HB）有色有色金屬金屬銅銅鋁鋁合金合金硬硬鋁鋁471381162203.30455.70454.234.683.303.9168.40162.68144.451.451.181.24黑色黑色金屬金屬工工業(yè)純鐵業(yè)純鐵(C)=0.02%20鋼鋼45鋼鋼T8鋼鋼T12鋼鋼1Cr18Ni92Cr1387141182211224175194300.76478.53637.98763.42792.91902.28660.813.453.393.503.573.535.153.40459.54212.66278.02264.30338.78364.56318.991.831.501.521.251.512.081.64