1、1第二章第二章 金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能 金屬材料制成的各種機(jī)件，除了承受單向拉伸金屬材料制成的各種機(jī)件，除了承受單向拉伸以外，還承受壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等加載方式，以外，還承受壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等加載方式，不同不同的加載方式，其應(yīng)力狀態(tài)不同的加載方式，其應(yīng)力狀態(tài)不同。 本章將介紹金屬材料在壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)和缺本章將介紹金屬材料在壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)和缺口拉伸等試驗(yàn)方法及其測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)?？诶斓仍囼?yàn)方法及其測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)。 本章將硬度試驗(yàn)作為一種靜載荷試驗(yàn)方法加以本章將硬度試驗(yàn)作為一種靜載荷試驗(yàn)方法加以介紹。介紹。2最大強(qiáng)度理論最大強(qiáng)度理論 最大拉應(yīng)力理論（第一

2、）最大拉應(yīng)力理論（第一） 最大拉應(yīng)變理論（第二）最大拉應(yīng)變理論（第二）nb1n為安全系數(shù)為安全系數(shù)Eb13最大強(qiáng)度理論最大強(qiáng)度理論 最大切應(yīng)力理論（第三）最大切應(yīng)力理論（第三） 最大剪切變形能理論（第四）最大剪切變形能理論（第四） 屈服條件：屈服條件：nsmaxn為安全系數(shù)為安全系數(shù)21323222121s2ss42-1 2-1 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)系數(shù) 一、問題的引出一、問題的引出 金屬材料在一定承載條件下金屬材料在一定承載條件下產(chǎn)生何種失效形式，產(chǎn)生何種失效形式，除與載荷大小、材料性質(zhì)有關(guān)外，還與在承載條件除與載荷大小、材料性質(zhì)有關(guān)外，還與在承載條件下的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)下的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。 不同

3、的應(yīng)力狀態(tài)，其最大正應(yīng)力不同的應(yīng)力狀態(tài)，其最大正應(yīng)力maxmax與最大切與最大切應(yīng)力應(yīng)力maxmax的相對(duì)大小是不同的，對(duì)金屬的變形和斷的相對(duì)大小是不同的，對(duì)金屬的變形和斷裂性質(zhì)將產(chǎn)生不同的影響。如：裂性質(zhì)將產(chǎn)生不同的影響。如：鑄鐵拉伸時(shí)呈脆性鑄鐵拉伸時(shí)呈脆性斷裂，但硬度試驗(yàn)時(shí)，仍能形成壓痕斷裂，但硬度試驗(yàn)時(shí)，仍能形成壓痕。5 二、應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)的表示二、應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)的表示 任何復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)都可用三個(gè)主應(yīng)力任何復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)都可用三個(gè)主應(yīng)力1、2和和3（123）來表示。）來表示。 按照相當(dāng)最大正應(yīng)力理論計(jì)算按照相當(dāng)最大正應(yīng)力理論計(jì)算最大正應(yīng)力最大正應(yīng)力，max1-（2+3），），式中式中為泊松比（

4、對(duì)金屬材為泊松比（對(duì)金屬材料料可取可取0.25）；）； 按最大切應(yīng)力理論計(jì)算按最大切應(yīng)力理論計(jì)算最大切應(yīng)力最大切應(yīng)力，即即max（1-3）/2；6 知識(shí)擴(kuò)充知識(shí)擴(kuò)充 不同的加載方式，不同的加載方式，maxmax與與maxmax的比值不同，的比值不同，其應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)不同其應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)不同，其值越大，說明其值越大，說明maxmax所占比例越大，應(yīng)力狀態(tài)越所占比例越大，應(yīng)力狀態(tài)越“軟軟”，金屬越易產(chǎn)，金屬越易產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。反之生塑性變形和韌性斷裂。反之 maxmax3211232115 . 02= max與與max的比值表示它們的相對(duì)大小，稱為的比值表示它們的相對(duì)大小，稱為應(yīng)力狀態(tài)

5、軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)，記為記為。7 低塑性材料只有采用低塑性材料只有采用大的加載方式，才能表大的加載方式，才能表現(xiàn)出塑性現(xiàn)出塑性。對(duì)于對(duì)于塑性較好的材料塑性較好的材料只有采用只有采用小的加小的加載方式，使之在更硬的應(yīng)力狀態(tài)下顯示其脆性傾載方式，使之在更硬的應(yīng)力狀態(tài)下顯示其脆性傾向。向。 三、不同的加載方式下的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)三、不同的加載方式下的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) 不同的加載方式，其應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)不同的加載方式，其應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)不同，不同，詳如表所示：詳如表所示：8 四、力學(xué)狀態(tài)圖四、力學(xué)狀態(tài)圖 弗里德曼提出的力學(xué)狀態(tài)圖，較好地概弗里德曼提出的力學(xué)狀態(tài)圖，較好地概括了應(yīng)力狀態(tài)對(duì)斷裂形式的

6、影響。括了應(yīng)力狀態(tài)對(duì)斷裂形式的影響。 力學(xué)狀態(tài)圖：縱坐標(biāo)為最大切應(yīng)力，橫坐力學(xué)狀態(tài)圖：縱坐標(biāo)為最大切應(yīng)力，橫坐標(biāo)為最大正應(yīng)力，自原點(diǎn)作不同斜率的直線，標(biāo)為最大正應(yīng)力，自原點(diǎn)作不同斜率的直線，可代表應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)可代表應(yīng)力狀態(tài)系數(shù) ，這些直線的位置反，這些直線的位置反映了應(yīng)力狀態(tài)對(duì)斷裂的影響。映了應(yīng)力狀態(tài)對(duì)斷裂的影響。( (圖圖) )9 力學(xué)狀態(tài)圖簡(jiǎn)單、明確地給出了材料斷裂力學(xué)狀態(tài)圖簡(jiǎn)單、明確地給出了材料斷裂形式與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系。對(duì)定性分析和討論有形式與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系。對(duì)定性分析和討論有關(guān)斷裂問題是很有用的，應(yīng)用也很方便。關(guān)斷裂問題是很有用的，應(yīng)用也很方便。 例如，對(duì)例如，對(duì)s s、k k和和S

7、Sk k各不相同的各種金各不相同的各種金屬材料，只有選擇與應(yīng)力狀態(tài)相適應(yīng)的試驗(yàn)方屬材料，只有選擇與應(yīng)力狀態(tài)相適應(yīng)的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，才能顯示不同材料性能上的特法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，才能顯示不同材料性能上的特點(diǎn)，如圖所示，可將材料分為三種材料。點(diǎn)，如圖所示，可將材料分為三種材料。 10v 材料（材料（1）：）：除了在側(cè)壓（相當(dāng)于壓入法硬除了在側(cè)壓（相當(dāng)于壓入法硬度試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)）時(shí)表現(xiàn)為切斷式的韌性斷度試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)）時(shí)表現(xiàn)為切斷式的韌性斷裂外，在其它施力方式下均表現(xiàn)為正斷式的脆性裂外，在其它施力方式下均表現(xiàn)為正斷式的脆性斷裂。斷裂。如圖所示如圖所示v 顯然對(duì)這種材料進(jìn)行拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)顯然對(duì)

8、這種材料進(jìn)行拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，除了得到一個(gè)斷裂強(qiáng)度外，其它數(shù)據(jù)是無法時(shí)，除了得到一個(gè)斷裂強(qiáng)度外，其它數(shù)據(jù)是無法得知的。普通灰鑄鐵、淬火高碳鋼就相當(dāng)于這種得知的。普通灰鑄鐵、淬火高碳鋼就相當(dāng)于這種材料。材料。 11 材料（材料（2 2）：）：除了材料在單向拉伸時(shí)表現(xiàn)為除了材料在單向拉伸時(shí)表現(xiàn)為正斷式的脆性斷裂外，其它較正斷式的脆性斷裂外，其它較“軟軟”的應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力狀態(tài)下均表現(xiàn)為切斷式的韌性斷裂。如圖所示下均表現(xiàn)為切斷式的韌性斷裂。如圖所示 顯然這種材料要知道它的除斷裂強(qiáng)度以外的顯然這種材料要知道它的除斷裂強(qiáng)度以外的其它性能指標(biāo)，就應(yīng)該進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，而不能進(jìn)其它性能指標(biāo)，就應(yīng)該進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試

9、驗(yàn)，而不能進(jìn)行單純的拉伸試驗(yàn)。淬火低溫回火高碳鋼和某些行單純的拉伸試驗(yàn)。淬火低溫回火高碳鋼和某些結(jié)構(gòu)鋼就相當(dāng)于這種材料。結(jié)構(gòu)鋼就相當(dāng)于這種材料。 12v 材料（材料（3）：）：在所有施力方式下，包括單向在所有施力方式下，包括單向拉伸都表現(xiàn)為切斷式韌性斷裂，顯然只要對(duì)這拉伸都表現(xiàn)為切斷式韌性斷裂，顯然只要對(duì)這種材料進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，就可以獲得強(qiáng)度、種材料進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，就可以獲得強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)。塑性等力學(xué)性能指標(biāo)。如圖所示如圖所示v 生產(chǎn)中大部分退火、正火、調(diào)質(zhì)的碳素結(jié)生產(chǎn)中大部分退火、正火、調(diào)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼和某些低合金結(jié)構(gòu)鋼都屬于這種情況。這構(gòu)鋼和某些低合金結(jié)構(gòu)鋼都屬于這種情況。這

10、也正是單向拉伸試驗(yàn)在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用的也正是單向拉伸試驗(yàn)在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用的原因。原因。 13v 應(yīng)力狀態(tài)圖的應(yīng)力狀態(tài)圖的不足之處不足之處主要是主要是s、k和和Sk不不是常數(shù)，而是隨應(yīng)力狀態(tài)、溫度、加載速率發(fā)生是常數(shù)，而是隨應(yīng)力狀態(tài)、溫度、加載速率發(fā)生變化，同時(shí)，外力發(fā)生變化時(shí)將引起變化，同時(shí)，外力發(fā)生變化時(shí)將引起max、Smax的變化，應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)也不始終為常數(shù)。盡管如的變化，應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)也不始終為常數(shù)。盡管如此，利用該圖進(jìn)行定性分析還是可行的。此，利用該圖進(jìn)行定性分析還是可行的。142-2 2-2 壓壓 縮縮 一、壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)一、壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn) 1 1、單向壓縮的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為單

11、向壓縮的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為2 2，比拉、，比拉、彎、扭更能充分顯示脆性材料的脆性差別，對(duì)脆性彎、扭更能充分顯示脆性材料的脆性差別，對(duì)脆性更大的材料或?yàn)楦映浞值仫@示脆性材料的脆性差更大的材料或?yàn)楦映浞值仫@示脆性材料的脆性差別，還可采用別，還可采用2的多向壓縮試驗(yàn)。的多向壓縮試驗(yàn)。 2、塑性較好材料（退火鋼、黃銅）只能被壓塑性較好材料（退火鋼、黃銅）只能被壓扁，一般不會(huì)破壞（見圖）扁，一般不會(huì)破壞（見圖），除特殊需要外，一般除特殊需要外，一般不進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。不進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。15 3 3、脆性材料壓縮破壞形式有剪壞和拉壞兩種形、脆性材料壓縮破壞形式有剪壞和拉壞兩種形式。式。如圖所示如圖所示 剪壞

12、：斷裂面與底面夾角成剪壞：斷裂面與底面夾角成45角。角。 拉壞：纖維方向平行于壓應(yīng)力，壓縮時(shí)橫截面拉壞：纖維方向平行于壓應(yīng)力，壓縮時(shí)橫截面積增加，纖維組織橫向伸長(zhǎng)率不足造成的。積增加，纖維組織橫向伸長(zhǎng)率不足造成的。 4、壓縮試驗(yàn)時(shí)，試樣端面存在很大的摩擦力，、壓縮試驗(yàn)時(shí)，試樣端面存在很大的摩擦力，這將阻礙試樣端面的橫向變形（這將阻礙試樣端面的橫向變形（試樣呈腰鼓狀試樣呈腰鼓狀），），影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，L/do 摩擦力摩擦力，試驗(yàn)時(shí)盡，試驗(yàn)時(shí)盡量減小摩擦力，但量減小摩擦力，但L/do太大易造成失穩(wěn)。太大易造成失穩(wěn)。 根據(jù)上述原因根據(jù)上述原因可以解釋薄而軟的銅鋁墊圈能承可

13、以解釋薄而軟的銅鋁墊圈能承受很大的緊固力和軋制金屬薄板很費(fèi)力的原因受很大的緊固力和軋制金屬薄板很費(fèi)力的原因。 16 二、壓縮試驗(yàn)方法二、壓縮試驗(yàn)方法 按照按照GB/T7314-2005金屬材料金屬材料 室溫壓縮試驗(yàn)室溫壓縮試驗(yàn)方法方法 1、試樣試樣 分分 側(cè)向無約束試樣（圓柱體或正方體試樣）側(cè)向無約束試樣（圓柱體或正方體試樣） 板狀試樣（需夾在約束裝置內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)）板狀試樣（需夾在約束裝置內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)） 要求要求： 保證試樣表面粗糙度，并涂以潤(rùn)滑油或石墨保證試樣表面粗糙度，并涂以潤(rùn)滑油或石墨粉，以降低摩擦系數(shù)。粉，以降低摩擦系數(shù)。 為保證試驗(yàn)結(jié)果有可比性，需保證：為保證試驗(yàn)結(jié)果有可比性，需保證：

14、L/D0=(2.53.5)或（或（58）或（）或（12）17 2、壓縮試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn) 可分為：?jiǎn)蜗驂嚎s、雙向壓縮和三向壓縮。可分為：?jiǎn)蜗驂嚎s、雙向壓縮和三向壓縮。 工程中以單向壓縮最常見、也是最簡(jiǎn)單的壓縮，工程中以單向壓縮最常見、也是最簡(jiǎn)單的壓縮，簡(jiǎn)稱壓縮試驗(yàn)?？梢钥闯墒欠聪蚶?；壓縮曲線簡(jiǎn)稱壓縮試驗(yàn)。可以看成是反向拉伸；壓縮曲線（力變形曲線）如圖所示（力變形曲線）如圖所示 3、可測(cè)得的力學(xué)性能指標(biāo)主要有可測(cè)得的力學(xué)性能指標(biāo)主要有 規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力Rpc、壓縮屈服點(diǎn)、壓縮屈服點(diǎn)ReHc、 ReLc、抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度Rmc和壓縮楊氏模量和壓縮楊氏模量Ec等。等。 除脆性材料

15、外，一般不能測(cè)定除脆性材料外，一般不能測(cè)定Rmc 。 塑性金屬的抗壓強(qiáng)度塑性金屬的抗壓強(qiáng)度Rmc遠(yuǎn)比抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)比抗拉強(qiáng)度R Rm m為高，為高，約為抗拉強(qiáng)度的約為抗拉強(qiáng)度的2 25 5倍倍。 18 三、壓縮試驗(yàn)的破壞特征三、壓縮試驗(yàn)的破壞特征 在壓縮試驗(yàn)時(shí)，試樣的破壞形式與材料的性在壓縮試驗(yàn)時(shí)，試樣的破壞形式與材料的性質(zhì)及端面的支撐情況有關(guān)。質(zhì)及端面的支撐情況有關(guān)。 1、塑性材料塑性材料，在壓縮試驗(yàn)過程中高度減小，在壓縮試驗(yàn)過程中高度減小，橫截面增大形成腰鼓形，壓力繼續(xù)增加，軟鋼、橫截面增大形成腰鼓形，壓力繼續(xù)增加，軟鋼、黃銅可壓成圓板狀，而純鐵則向側(cè)面開裂，如圖黃銅可壓成圓板狀，而純鐵則向側(cè)

16、面開裂，如圖(a)(b)所示。所示。19 2、低塑性與脆性金屬材料低塑性與脆性金屬材料如高碳鋼、鑄鐵等，如高碳鋼、鑄鐵等，壓縮時(shí)試樣的破壞形式如圖壓縮時(shí)試樣的破壞形式如圖(c)所示，試樣受壓時(shí)所示，試樣受壓時(shí)沿斜截面發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)而破壞。破斷面與橫截面略沿斜截面發(fā)生剪切錯(cuò)動(dòng)而破壞。破斷面與橫截面略大于大于45，壓縮試樣實(shí)際角度常在，壓縮試樣實(shí)際角度常在55左右左右(大于大于45是由于兩破斷面間有摩擦作用的緣故是由于兩破斷面間有摩擦作用的緣故)。 3、其它脆性材料其它脆性材料如石料、混凝土等壓縮試驗(yàn)如石料、混凝土等壓縮試驗(yàn)時(shí)破壞形式如圖時(shí)破壞形式如圖(d)所示。在試樣端面涂油，減小所示。在試樣端面

17、涂油，減小端面受壓時(shí)的摩擦力，可使破壞載荷降低，破壞的端面受壓時(shí)的摩擦力，可使破壞載荷降低，破壞的形式可由剪壞變?yōu)槔瓑?。形式可由剪壞變?yōu)槔瓑摹?02-3 2-3 彎曲試驗(yàn)彎曲試驗(yàn) 金屬桿狀試樣承受彎矩作用后，截面上的應(yīng)金屬桿狀試樣承受彎矩作用后，截面上的應(yīng)力分布不均勻，表面最大，中心為零，且應(yīng)力方力分布不均勻，表面最大，中心為零，且應(yīng)力方向發(fā)生變化。向發(fā)生變化。 金屬在彎曲加載下所表現(xiàn)的力學(xué)性能為單純金屬在彎曲加載下所表現(xiàn)的力學(xué)性能為單純拉應(yīng)力或壓應(yīng)力作用下的不完全相同。如：拉應(yīng)力或壓應(yīng)力作用下的不完全相同。如：在拉在拉伸或壓縮載荷下產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的金屬，在彎曲載伸或壓縮載荷下產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的金屬

18、，在彎曲載荷下顯示不出來。荷下顯示不出來。 對(duì)于承受彎曲載荷的機(jī)件如軸、板狀彈簧等，對(duì)于承受彎曲載荷的機(jī)件如軸、板狀彈簧等，常用彎曲試驗(yàn)測(cè)定其力學(xué)性能，以作為設(shè)計(jì)或選常用彎曲試驗(yàn)測(cè)定其力學(xué)性能，以作為設(shè)計(jì)或選材的依據(jù)。材的依據(jù)。21 根據(jù)工程上的需要，根據(jù)工程上的需要，彎曲試驗(yàn)分為彎曲試驗(yàn)分為： 抗彎試驗(yàn)抗彎試驗(yàn)和和冷彎試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)， 抗彎試驗(yàn)抗彎試驗(yàn) 主要用于測(cè)定脆性斷裂和低塑性主要用于測(cè)定脆性斷裂和低塑性斷裂金屬材料的抗彎強(qiáng)度斷裂金屬材料的抗彎強(qiáng)度bb和斷裂撓度和斷裂撓度fbb； 冷彎試驗(yàn)冷彎試驗(yàn) 是考核金屬材料彎曲時(shí)塑性好是考核金屬材料彎曲時(shí)塑性好壞的一種工藝試驗(yàn)（簡(jiǎn)單介紹）。壞的一種工

19、藝試驗(yàn)（簡(jiǎn)單介紹）。22 一、彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)一、彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn) 1、彎曲試驗(yàn)的試樣形狀簡(jiǎn)單，操作方便，、彎曲試驗(yàn)的試樣形狀簡(jiǎn)單，操作方便，受拉一側(cè)應(yīng)力狀態(tài)與拉伸相同，但不存在拉伸試受拉一側(cè)應(yīng)力狀態(tài)與拉伸相同，但不存在拉伸試驗(yàn)容易出現(xiàn)的驗(yàn)容易出現(xiàn)的偏斜偏斜現(xiàn)象現(xiàn)象（力的作用線不能準(zhǔn)確地（力的作用線不能準(zhǔn)確地通過拉伸試樣的軸線而產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力）對(duì)試通過拉伸試樣的軸線而產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力）對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，并驗(yàn)結(jié)果的影響，并可用撓度顯示材料的塑性可用撓度顯示材料的塑性。 彎曲試驗(yàn)方法常用于彎曲試驗(yàn)方法常用于測(cè)定鑄鐵、鑄造合金、測(cè)定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料脆

20、性與低塑性材料的強(qiáng)度和的強(qiáng)度和顯示塑性差別顯示塑性差別。23 2、彎曲試驗(yàn)時(shí)，試樣表面應(yīng)力最大，、彎曲試驗(yàn)時(shí)，試樣表面應(yīng)力最大，可可靈靈敏地反應(yīng)材料表面缺陷敏地反應(yīng)材料表面缺陷。因此，。因此，常用來比較和鑒常用來比較和鑒別滲碳層和表面淬火層等表面熱處理機(jī)件的質(zhì)量別滲碳層和表面淬火層等表面熱處理機(jī)件的質(zhì)量和性能和性能。24 二、彎曲試驗(yàn)二、彎曲試驗(yàn) GB/T14452-93金屬?gòu)澢W(xué)性能試驗(yàn)方法金屬?gòu)澢W(xué)性能試驗(yàn)方法規(guī)定：規(guī)定：試樣采用截面為圓形或矩形試樣試樣采用截面為圓形或矩形試樣。 1、彎曲試驗(yàn)分為：、彎曲試驗(yàn)分為： 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)：試驗(yàn)方法及彎矩圖：試驗(yàn)方法及彎矩圖 總在施力

21、點(diǎn)處附近破斷，但方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用較總在施力點(diǎn)處附近破斷，但方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多。多。 四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)：試驗(yàn)方法及彎矩圖：試驗(yàn)方法及彎矩圖 彎矩均勻地分布在試樣標(biāo)距長(zhǎng)度上；斷裂在缺彎矩均勻地分布在試樣標(biāo)距長(zhǎng)度上；斷裂在缺陷處，較好地反映金屬材料的品質(zhì)。陷處，較好地反映金屬材料的品質(zhì)。25 撓度撓度 試樣斷裂之前被壓下的最大距離試樣斷裂之前被壓下的最大距離。 通過記錄彎曲力通過記錄彎曲力F和試樣撓度和試樣撓度f之間的關(guān)系，求之間的關(guān)系，求出斷裂時(shí)的抗彎強(qiáng)度和最大撓度，以表示材料的強(qiáng)出斷裂時(shí)的抗彎強(qiáng)度和最大撓度，以表示材料的強(qiáng)度和塑性。度和塑性。 2、彎曲試驗(yàn)可測(cè)得的力學(xué)性能指標(biāo)主要有彎曲試驗(yàn)

22、可測(cè)得的力學(xué)性能指標(biāo)主要有： 抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度bb、斷裂撓度、斷裂撓度fbb、規(guī)定非比例彎曲、規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力應(yīng)力pb、彎曲彈性模量、彎曲彈性模量Eb等。等。 韌性材料一般不作彎曲強(qiáng)度檢測(cè)。韌性材料一般不作彎曲強(qiáng)度檢測(cè)。262-4 2-4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 一、應(yīng)力應(yīng)變分析一、應(yīng)力應(yīng)變分析 1、圓柱體受到扭矩作用時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變分布、圓柱體受到扭矩作用時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變分布如圖所示。如圖所示。 在與試樣軸線呈在與試樣軸線呈4545的兩個(gè)斜截面上承受最的兩個(gè)斜截面上承受最大與最小正應(yīng)力大與最小正應(yīng)力1 1及及3 3； 在與試樣軸線平行和垂直的截面上承受最大切在與試樣軸線平行和垂直的截面上承受最大切應(yīng)力應(yīng)力

23、。 兩者比值接近于兩者比值接近于1 1。27 2、在、在彈性變形階段彈性變形階段，試樣橫截面上的切應(yīng)，試樣橫截面上的切應(yīng)力和切應(yīng)變沿半徑方向的分布是線性的。如圖所力和切應(yīng)變沿半徑方向的分布是線性的。如圖所示示 3、當(dāng)、當(dāng)表層產(chǎn)生塑性變形后表層產(chǎn)生塑性變形后，切應(yīng)變的分布，切應(yīng)變的分布仍保持線性關(guān)系，但切應(yīng)力則因塑性變形而有所仍保持線性關(guān)系，但切應(yīng)力則因塑性變形而有所降低，不再呈線性分布。如圖所示降低，不再呈線性分布。如圖所示28 二、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)二、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn) 1、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為0.80.8，比拉，比拉伸的大，易于顯示金屬的塑性行為，特別是那些

24、在伸的大，易于顯示金屬的塑性行為，特別是那些在拉伸時(shí)呈現(xiàn)脆性的金屬材料的塑性性能。拉伸時(shí)呈現(xiàn)脆性的金屬材料的塑性性能。 2、圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，、圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)長(zhǎng)度上塑性變形整個(gè)長(zhǎng)度上塑性變形是均勻的，沒有頸縮現(xiàn)象。是均勻的，沒有頸縮現(xiàn)象。所以能精確地反應(yīng)出高所以能精確地反應(yīng)出高塑性材料直至斷裂前的變形能力和強(qiáng)度。塑性材料直至斷裂前的變形能力和強(qiáng)度。 3、較靈敏地反映出金屬表面缺陷及表面硬化較靈敏地反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能層的性能。因此，可利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)研究或檢測(cè)工件因此，可利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)研究或檢測(cè)工件熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化工藝的效果。熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化工藝的

25、效果。29 4、根據(jù)扭轉(zhuǎn)試樣的宏觀斷口特征，還可明確、根據(jù)扭轉(zhuǎn)試樣的宏觀斷口特征，還可明確區(qū)分金屬材料最終斷裂方式是區(qū)分金屬材料最終斷裂方式是正斷正斷還是還是切斷切斷。 塑性材料塑性材料的斷裂面與試樣軸線垂直，斷口平整，的斷裂面與試樣軸線垂直，斷口平整，有回旋狀塑性變形痕跡（圖有回旋狀塑性變形痕跡（圖a）這是由切應(yīng)力造成）這是由切應(yīng)力造成的切斷；的切斷； 脆性材料脆性材料的斷裂面與試樣的軸線成的斷裂面與試樣的軸線成45角，成角，成螺旋狀（圖螺旋狀（圖b），這是在正應(yīng)力作用下的正斷。），這是在正應(yīng)力作用下的正斷。 圖圖c為為木紋狀斷口木紋狀斷口（變態(tài)切斷），斷裂面順著（變態(tài)切斷），斷裂面順著試樣

26、軸線形成縱向剝層或裂紋。這是因?yàn)榻饘僦写嬖嚇虞S線形成縱向剝層或裂紋。這是因?yàn)榻饘僦写嬖谳^多的非金屬夾雜物或偏析，并在軋制過程中使在較多的非金屬夾雜物或偏析，并在軋制過程中使其沿軸向分布，從而降低了試樣軸向的切斷抗力造其沿軸向分布，從而降低了試樣軸向的切斷抗力造成的。成的。30 三、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)及測(cè)定的力學(xué)性能三、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)及測(cè)定的力學(xué)性能 1、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)按照、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)按照GB/T10128-88金屬室金屬室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法進(jìn)行。進(jìn)行。 2、扭轉(zhuǎn)試樣與拉伸試樣相似，夾持部分、扭轉(zhuǎn)試樣與拉伸試樣相似，夾持部分不同。不同。(d010mm、標(biāo)距長(zhǎng)度為、標(biāo)距長(zhǎng)度為L(zhǎng)0分別為分別為50mm或或100m

27、m的圓柱形試樣的圓柱形試樣) 3、扭轉(zhuǎn)曲線（扭轉(zhuǎn)圖）：、扭轉(zhuǎn)曲線（扭轉(zhuǎn)圖）：T-314、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)可測(cè)得的力學(xué)性能指標(biāo)主要有：、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)可測(cè)得的力學(xué)性能指標(biāo)主要有： 切變模量切變模量G：上屈服強(qiáng)度上屈服強(qiáng)度eH：下屈服強(qiáng)度下屈服強(qiáng)度eL：規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力p：抗扭強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度m： GWTeHeHWTPPWTmm40032/dTLGWTeLeL322-5 2-5 缺口試樣靜載荷試驗(yàn)缺口試樣靜載荷試驗(yàn) 大多數(shù)機(jī)件或構(gòu)件都含有缺口，如鍵槽、油孔、大多數(shù)機(jī)件或構(gòu)件都含有缺口，如鍵槽、油孔、臺(tái)階、螺紋等，必須考慮缺口對(duì)材料的性能影響。臺(tái)階、螺紋等，必須考慮缺口對(duì)材料的性能影響。 一、

28、缺口效應(yīng)一、缺口效應(yīng) （一）缺口試樣在彈性狀態(tài)的應(yīng)力分布（一）缺口試樣在彈性狀態(tài)的應(yīng)力分布 缺口最大的影響是應(yīng)力集中缺口最大的影響是應(yīng)力集中,如圖所示。因缺口如圖所示。因缺口部分不能承受外力，這一部分外力要由缺口前方的部分不能承受外力，這一部分外力要由缺口前方的部分材料來承擔(dān)，因而缺口根部的應(yīng)力最大，離開部分材料來承擔(dān)，因而缺口根部的應(yīng)力最大，離開缺口根部，應(yīng)力逐漸減小，一直減小到某一恒定數(shù)缺口根部，應(yīng)力逐漸減小，一直減小到某一恒定數(shù)值，這時(shí)缺口的影響便消失了值，這時(shí)缺口的影響便消失了。33理論應(yīng)力集中系數(shù)：理論應(yīng)力集中系數(shù)：maxtKK Kt t值與材料性質(zhì)無關(guān)，只取決于缺口的幾何形值與材料

29、性質(zhì)無關(guān)，只取決于缺口的幾何形狀狀與尺寸與尺寸 。薄板缺口拉伸時(shí)彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布薄板缺口拉伸時(shí)彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布 圖圖厚板缺口拉伸時(shí)彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布厚板缺口拉伸時(shí)彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布 圖圖缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)：因缺口的存在，在靜載荷作用下，：因缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化的現(xiàn)象。缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化的現(xiàn)象。34 缺口的第一個(gè)效應(yīng)缺口的第一個(gè)效應(yīng)： 產(chǎn)生應(yīng)力集中或局部應(yīng)力升高；產(chǎn)生應(yīng)力集中或局部應(yīng)力升高； 改變了缺口前方（附近局部區(qū)域）的應(yīng)力改變了缺口前方（附近局部區(qū)域）的應(yīng)力狀態(tài)，使缺口試樣所受應(yīng)力狀態(tài)由原來的單向應(yīng)狀態(tài)，使缺口試樣所受應(yīng)力狀態(tài)由原來的

30、單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上驊?yīng)力狀態(tài)或三向應(yīng)力狀態(tài)（視力狀態(tài)改變?yōu)閮上驊?yīng)力狀態(tài)或三向應(yīng)力狀態(tài)（視板厚決定）。板厚決定）。 應(yīng)力狀態(tài)的改變導(dǎo)致缺口附近應(yīng)力狀態(tài)軟性應(yīng)力狀態(tài)的改變導(dǎo)致缺口附近應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)下降。導(dǎo)致了材料的脆化。系數(shù)下降。導(dǎo)致了材料的脆化。 直接的后果導(dǎo)致在缺口根部最大縱向應(yīng)力的直接的后果導(dǎo)致在缺口根部最大縱向應(yīng)力的作用下斷裂，低于光滑試樣的抗拉強(qiáng)度。作用下斷裂，低于光滑試樣的抗拉強(qiáng)度。35 （二）缺口試樣在塑性狀態(tài)的應(yīng)力分布（二）缺口試樣在塑性狀態(tài)的應(yīng)力分布 如圖所示如圖所示 缺口的第二個(gè)效應(yīng)缺口的第二個(gè)效應(yīng)： 缺口強(qiáng)化缺口強(qiáng)化：在缺口前方出現(xiàn)了三向應(yīng)力狀態(tài)，并：在缺口前方出現(xiàn)了三向

31、應(yīng)力狀態(tài)，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時(shí)高。產(chǎn)生應(yīng)力集中，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時(shí)高。 缺口強(qiáng)化并不是金屬內(nèi)在性能發(fā)生變化缺口強(qiáng)化并不是金屬內(nèi)在性能發(fā)生變化，純粹是，純粹是由于三向拉伸應(yīng)力約束了塑性變形所致，因此，由于三向拉伸應(yīng)力約束了塑性變形所致，因此，不能不能把缺口強(qiáng)化看成是強(qiáng)化金屬材料的手段把缺口強(qiáng)化看成是強(qiáng)化金屬材料的手段，塑性材料的，塑性材料的抗拉強(qiáng)度也因塑性變形受約束而增加了?？估瓘?qiáng)度也因塑性變形受約束而增加了。 知識(shí)拓展知識(shí)拓展36 二、缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)二、缺口試樣靜拉伸試驗(yàn) 通常用缺口強(qiáng)度比通常用缺口強(qiáng)度比NSR(Notch Strength Ratio) （又

32、稱（又稱缺口敏感度缺口敏感度）作為衡量靜拉伸下缺）作為衡量靜拉伸下缺口敏感度指標(biāo)：口敏感度指標(biāo)： NSR越大缺口敏感度越小，脆性材料（如鑄越大缺口敏感度越小，脆性材料（如鑄鐵、高碳鋼）及高強(qiáng)度材料的鐵、高碳鋼）及高強(qiáng)度材料的NSR小于小于1，塑性材，塑性材料的料的NSR一般大于一般大于1。 缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于研究高強(qiáng)度缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于研究高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能，鋼的力學(xué)性能，NSR與塑性指標(biāo)一樣也是安全性與塑性指標(biāo)一樣也是安全性指標(biāo)，但不能定量計(jì)算。指標(biāo)，但不能定量計(jì)算。 知識(shí)拓展知識(shí)拓展bbnNSR37 三、缺口偏斜拉伸試驗(yàn)三、缺口偏斜拉伸試驗(yàn) 無偏斜的缺口拉伸試驗(yàn)無偏斜的

33、缺口拉伸試驗(yàn)往往顯示不出組織與往往顯示不出組織與合金元素的影響，合金元素的影響，不能保證帶尖銳缺口的零件不能保證帶尖銳缺口的零件（如高強(qiáng)度螺栓）在實(shí)際使用中的安全可靠性。（如高強(qiáng)度螺栓）在實(shí)際使用中的安全可靠性。 缺口偏斜拉伸試驗(yàn)就是在更苛刻的應(yīng)力狀態(tài)缺口偏斜拉伸試驗(yàn)就是在更苛刻的應(yīng)力狀態(tài)和試驗(yàn)條件下，來檢驗(yàn)與對(duì)比不同材料或不同工和試驗(yàn)條件下，來檢驗(yàn)與對(duì)比不同材料或不同工藝所表現(xiàn)出的性能差異。（如圖所示）藝所表現(xiàn)出的性能差異。（如圖所示）38 四、缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)四、缺口試樣靜彎曲試驗(yàn) 光滑試樣的靜彎試驗(yàn)主要用來評(píng)定光滑試樣的靜彎試驗(yàn)主要用來評(píng)定工具鋼或工具鋼或一些脆性材料一些脆性材料的力學(xué)

34、性能，而缺口試樣的靜彎試的力學(xué)性能，而缺口試樣的靜彎試驗(yàn)則驗(yàn)則用來用來評(píng)定或比較評(píng)定或比較結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼的缺口敏感度和裂紋的缺口敏感度和裂紋敏感度敏感度。 曲線（如圖）下所包圍的面積表示試樣從變曲線（如圖）下所包圍的面積表示試樣從變形到斷裂的總功。總功由三部分組成：形到斷裂的總功?？偣τ扇糠纸M成： (1)只發(fā)生彈性變形的彈性功，以面積表示只發(fā)生彈性變形的彈性功，以面積表示; (2)發(fā)生塑性變形的變形功，以面積發(fā)生塑性變形的變形功，以面積表示；表示；39 (3)在達(dá)到最大載荷在達(dá)到最大載荷Fmax時(shí)試樣即出現(xiàn)裂紋，如時(shí)試樣即出現(xiàn)裂紋，如果裂紋是緩慢擴(kuò)展至斷裂，則靜彎曲線沿圖中虛線果裂紋是緩慢擴(kuò)展

35、至斷裂，則靜彎曲線沿圖中虛線變化；如果裂紋到載荷變化；如果裂紋到載荷F1點(diǎn)時(shí)開始迅速擴(kuò)展，則引點(diǎn)時(shí)開始迅速擴(kuò)展，則引起載荷急劇降低，隨后相繼有一些小的臺(tái)階出現(xiàn)，起載荷急劇降低，隨后相繼有一些小的臺(tái)階出現(xiàn)，直至試樣完全破斷。這一部分功以面積直至試樣完全破斷。這一部分功以面積表示，一表示，一般叫作般叫作撕裂功撕裂功。 在這在這3部分功中以撕裂功最為重要，通常以撕裂部分功中以撕裂功最為重要，通常以撕裂功的大小或者以功的大小或者以Fmax/F1的大小來表示裂紋敏感度。的大小來表示裂紋敏感度。 缺口靜彎曲試驗(yàn)的試樣及裝置缺口靜彎曲試驗(yàn)的試樣及裝置 如圖所示如圖所示402-6 2-6 金屬的硬度金屬的硬度

36、 一、硬度的意義和試驗(yàn)特點(diǎn)一、硬度的意義和試驗(yàn)特點(diǎn) 1 1、定義定義：表征金屬材料軟硬程度的性能指標(biāo)。表征金屬材料軟硬程度的性能指標(biāo)。（隨試驗(yàn)方法的不同，物理意義不同，目前沒有統(tǒng)（隨試驗(yàn)方法的不同，物理意義不同，目前沒有統(tǒng)一而確切的定義）一而確切的定義） 2 2、特點(diǎn)特點(diǎn) 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，迅速。能敏感反映出材設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，迅速。能敏感反映出材料內(nèi)部成分和組織結(jié)構(gòu)的差異。料內(nèi)部成分和組織結(jié)構(gòu)的差異。 對(duì)表面損傷小，可在成品（零件）上直接測(cè)定。對(duì)表面損傷小，可在成品（零件）上直接測(cè)定。 與其它力學(xué)性能之間存在一定的關(guān)系。與其它力學(xué)性能之間存在一定的關(guān)系。41 3、測(cè)定方法、測(cè)定方法分類分

37、類： 壓入法壓入法：布氏、洛氏、維氏、努氏硬度。：布氏、洛氏、維氏、努氏硬度。表征材料的塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力表征材料的塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力。 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)2，幾乎所有的材料都，幾乎所有的材料都能產(chǎn)生塑性變形。能產(chǎn)生塑性變形。 彈性回跳法彈性回跳法：肖氏硬度、里氏硬度。：肖氏硬度、里氏硬度。表征表征金屬?gòu)椥宰冃喂Φ拇笮〗饘購(gòu)椥宰冃喂Φ拇笮　?劃痕法（刻劃法）：劃痕法（刻劃法）：銼刀硬度、莫氏硬度。銼刀硬度、莫氏硬度。表征金屬對(duì)切斷的抗力表征金屬對(duì)切斷的抗力。42 二、硬度試驗(yàn)二、硬度試驗(yàn) （一）布氏硬度（一）布氏硬度 1、原理、原理 用直徑為用直徑為D（mm）的鋼

38、球或硬質(zhì)合金球的壓頭，）的鋼球或硬質(zhì)合金球的壓頭，加一定的試驗(yàn)力加一定的試驗(yàn)力F（N），將其壓入試樣表面，經(jīng)過），將其壓入試樣表面，經(jīng)過規(guī)定的保持時(shí)間規(guī)定的保持時(shí)間t（s）后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘）后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕，然后測(cè)量壓痕的平均直徑留壓痕，然后測(cè)量壓痕的平均直徑d（mm），求得），求得壓痕的球形面積壓痕的球形面積A（mm2）。）。 （圖）（圖）43 布氏硬度值布氏硬度值(HB)就是試驗(yàn)力就是試驗(yàn)力F除以壓痕球除以壓痕球形面積形面積A所得的商，其計(jì)算公式為：所得的商，其計(jì)算公式為： 22204. 0102. 0dDDDFAFHB 通常，布氏硬度值不標(biāo)出單位。通常，布氏硬度

39、值不標(biāo)出單位。 GB/T231.1-2002金屬布氏硬度試驗(yàn)金屬布氏硬度試驗(yàn) 第第1部分：試驗(yàn)方法部分：試驗(yàn)方法44 2 2、壓頭材料的選擇及符號(hào)、壓頭材料的選擇及符號(hào) 選用不同的壓頭材料，應(yīng)用不同的符號(hào)表示，選用不同的壓頭材料，應(yīng)用不同的符號(hào)表示，以示區(qū)別。以示區(qū)別。 當(dāng)壓頭為淬火鋼球時(shí)，其符號(hào)為當(dāng)壓頭為淬火鋼球時(shí)，其符號(hào)為HBS（適用于（適用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料）；以下的材料）； 當(dāng)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，其符號(hào)為當(dāng)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，其符號(hào)為HBW（適（適用于布氏硬度值為用于布氏硬度值為450650的材料）。的材料）。 按照最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：按照最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T231

40、.1-2002金屬金屬布氏硬度試驗(yàn)布氏硬度試驗(yàn) 第第1部分：試驗(yàn)方法部分：試驗(yàn)方法規(guī)定，規(guī)定，壓頭壓頭統(tǒng)一使用硬質(zhì)合金球。統(tǒng)一使用硬質(zhì)合金球。45 22204. 0dDDDFHBsin*Dd2DF2sin204. 0 3 3、壓痕相似原理、壓痕相似原理 對(duì)于材料相同而厚薄不同的工件，為測(cè)得相對(duì)于材料相同而厚薄不同的工件，為測(cè)得相同的布氏硬度值，在選配壓頭直徑同的布氏硬度值，在選配壓頭直徑D及試驗(yàn)力及試驗(yàn)力F時(shí)，時(shí)，應(yīng)保證得到幾何相似的壓痕（即壓痕的壓入角應(yīng)保證得到幾何相似的壓痕（即壓痕的壓入角保保持不變。如圖所示持不變。如圖所示 推導(dǎo)公式為：推導(dǎo)公式為： 46 由上式可見，若相同由上式可見，若

41、相同HB硬度值的一塊試件用硬度值的一塊試件用不同不同F(xiàn)、D測(cè)量硬度，只要保證：測(cè)量硬度，只要保證： 為常數(shù)。為常數(shù)。F、D可以改變?？梢愿淖?。 值不變，限制在一定范圍內(nèi)（值不變，限制在一定范圍內(nèi)（2874，實(shí)踐證明，實(shí)踐證明，在這一范圍內(nèi)時(shí)，試驗(yàn)力的變化對(duì)布在這一范圍內(nèi)時(shí)，試驗(yàn)力的變化對(duì)布氏硬度值不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，與此相對(duì)應(yīng)的壓氏硬度值不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，與此相對(duì)應(yīng)的壓痕直徑痕直徑d應(yīng)控制在應(yīng)控制在d/D0.240.6之間。之間。d/D =0.375最理想。）就能保證所測(cè)得的硬度值不變。最理想。）就能保證所測(cè)得的硬度值不變。2DF47 4 4、試驗(yàn)時(shí)注意的事項(xiàng)、試驗(yàn)時(shí)注意的事項(xiàng) 壓頭直徑的選

42、擇壓頭直徑的選擇 壓頭直徑壓頭直徑D有有10、5、2.5和和1mm四種，主四種，主要根據(jù)試樣厚度來選擇，應(yīng)使壓痕深度要根據(jù)試樣厚度來選擇，應(yīng)使壓痕深度h小于試小于試樣厚度的樣厚度的1/10。當(dāng)試樣厚度足夠時(shí)，應(yīng)盡可能。當(dāng)試樣厚度足夠時(shí)，應(yīng)盡可能選用直徑為選用直徑為10mm的壓頭。的壓頭。 布氏硬度計(jì)設(shè)備及相關(guān)圖片布氏硬度計(jì)設(shè)備及相關(guān)圖片48 的選擇的選擇 其比值有其比值有30、15、10、5、2.5和和1六種。主要六種。主要根據(jù)所測(cè)試材料的種類及硬度范圍，再按照表的規(guī)根據(jù)所測(cè)試材料的種類及硬度范圍，再按照表的規(guī)定來選擇。定來選擇。 當(dāng)壓頭直徑當(dāng)壓頭直徑D及及 的比值選定后，試驗(yàn)力的比值選定后，

43、試驗(yàn)力F也就也就隨之確定了。隨之確定了。 試驗(yàn)力保持時(shí)間試驗(yàn)力保持時(shí)間 為保證在試驗(yàn)力的作用下，保證所測(cè)試的金屬為保證在試驗(yàn)力的作用下，保證所測(cè)試的金屬材料產(chǎn)生足夠的塑性變形，規(guī)定：黑色金屬，材料產(chǎn)生足夠的塑性變形，規(guī)定：黑色金屬，1015s；有色金屬，；有色金屬，30s；對(duì)于；對(duì)于35HBS的材料為的材料為60s。2DF2DF49 5 5、布氏硬度的表示方法、布氏硬度的表示方法HBWHBW（S S）/ / / 載荷保持時(shí)間載荷保持時(shí)間 （1015s不標(biāo)注）不標(biāo)注） 載荷載荷kgf(kN) 壓頭直徑壓頭直徑（mm） 布氏硬度符號(hào)布氏硬度符號(hào)，s淬火鋼球；淬火鋼球；w硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球 布氏硬

44、度值布氏硬度值 如如:160HBW10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm的硬質(zhì)合金球在的硬質(zhì)合金球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持）載荷作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為160。50 6、錘擊式布氏硬度、錘擊式布氏硬度 如圖所示如圖所示 7、布氏硬度試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)、布氏硬度試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：因一般采用直徑較大的壓頭，壓痕面積優(yōu)點(diǎn)：因一般采用直徑較大的壓頭，壓痕面積大，其硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的大，其硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，而不受個(gè)別組成相及微小不均勻性的影平均性能，而不受個(gè)別組成相及微小不均勻性的影響，響

45、，數(shù)值穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)數(shù)值穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。因此，布氏硬度試驗(yàn)。因此，布氏硬度試驗(yàn)特特別適用于測(cè)定鑄鐵、軸承合金以及低碳鋼、銅合金、別適用于測(cè)定鑄鐵、軸承合金以及低碳鋼、銅合金、鋁合金的硬度鋁合金的硬度。 布氏硬度值與強(qiáng)度之間有穩(wěn)定的換算關(guān)系。布氏硬度值與強(qiáng)度之間有穩(wěn)定的換算關(guān)系。51缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 對(duì)不同材料需要更換壓頭直徑和改變對(duì)不同材料需要更換壓頭直徑和改變?cè)囼?yàn)力，壓頭直徑的測(cè)量也比較麻煩，因試驗(yàn)力，壓頭直徑的測(cè)量也比較麻煩，因而用于自動(dòng)檢測(cè)時(shí)受到限制。而用于自動(dòng)檢測(cè)時(shí)受到限制。 當(dāng)壓痕直徑較大時(shí)，不易在成品上進(jìn)當(dāng)壓痕直徑較大時(shí)，不易在成品上進(jìn)行試驗(yàn)。行試驗(yàn)。 不能測(cè)量布氏硬度值超過不能測(cè)量布氏

46、硬度值超過650以上材以上材料的硬度。料的硬度。52 （二）洛氏硬度（二）洛氏硬度 布氏硬度不能測(cè)量從極軟到極硬材料的硬度，布氏硬度不能測(cè)量從極軟到極硬材料的硬度，從而出現(xiàn)了洛氏硬度。從而出現(xiàn)了洛氏硬度。 1、原理原理 與布氏硬度不同，它不是一測(cè)定壓痕的面積與布氏硬度不同，它不是一測(cè)定壓痕的面積來計(jì)算硬度值，而是以測(cè)量壓痕深度來表示材料來計(jì)算硬度值，而是以測(cè)量壓痕深度來表示材料的硬度值。的硬度值。 洛氏硬度壓頭：洛氏硬度壓頭： 有兩種有兩種 圓錐角圓錐角120的金剛石圓錐體；的金剛石圓錐體； 一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球（一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球（1.588mm，即，即1/16）53

47、試驗(yàn)力：試驗(yàn)力： 初始試驗(yàn)力初始試驗(yàn)力F0：10kg(98.1N)，目的是目的是保證保證壓頭與試樣表面緊密接觸。壓頭與試樣表面緊密接觸。 主試驗(yàn)力主試驗(yàn)力F1：目的是形成壓痕目的是形成壓痕。A（50kg）、）、B（90kg）、）、C（140kg）。）。 試驗(yàn)過程：如圖所示試驗(yàn)過程：如圖所示54 2、衡量衡量 洛氏硬度值是以壓痕深度洛氏硬度值是以壓痕深度h來計(jì)算的。來計(jì)算的。h越大，越大，硬度值越低，反之則越高。為了照顧習(xí)慣上數(shù)值越硬度值越低，反之則越高。為了照顧習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念，引入常數(shù)大硬度越高的概念，引入常數(shù)N減去減去h/s來計(jì)算硬度來計(jì)算硬度值。洛氏硬度值的計(jì)算式為：值。洛氏

48、硬度值的計(jì)算式為：shNHR55式中：式中： HR洛氏硬度值的符號(hào)；洛氏硬度值的符號(hào)； N 給定標(biāo)尺的硬度數(shù)（壓頭為金剛石錐體給定標(biāo)尺的硬度數(shù)（壓頭為金剛石錐體時(shí)時(shí)N100，壓頭為球體時(shí)，壓頭為球體時(shí)N130）；）； h 卸除主試驗(yàn)力后，在初試驗(yàn)力下壓痕殘卸除主試驗(yàn)力后，在初試驗(yàn)力下壓痕殘留的深度（殘余壓痕深度）；留的深度（殘余壓痕深度）； S 給定標(biāo)尺的單位（給定標(biāo)尺的單位（0.002mm為一個(gè)洛氏，為一個(gè)洛氏， 0.001mm為一個(gè)表面洛氏單位）。為一個(gè)表面洛氏單位）。56 實(shí)際測(cè)定洛氏硬度時(shí)，由于由于硬度計(jì)上方測(cè)量壓痕深實(shí)際測(cè)定洛氏硬度時(shí)，由于由于硬度計(jì)上方測(cè)量壓痕深度的百分表表盤上的刻

49、度已按上式換算為相應(yīng)的硬度值，因度的百分表表盤上的刻度已按上式換算為相應(yīng)的硬度值，因此，可以直接從表盤上指針的指示值讀出硬度值。如圖所示此，可以直接從表盤上指針的指示值讀出硬度值。如圖所示 為了能在一臺(tái)硬度計(jì)上測(cè)定不同軟、硬或厚、薄試樣的為了能在一臺(tái)硬度計(jì)上測(cè)定不同軟、硬或厚、薄試樣的硬度，可采用不同的壓頭和試驗(yàn)力，組合成幾種不同的洛氏硬度，可采用不同的壓頭和試驗(yàn)力，組合成幾種不同的洛氏硬度標(biāo)尺，以字母硬度標(biāo)尺，以字母A、B、C等表示。用不同標(biāo)尺測(cè)定的硬等表示。用不同標(biāo)尺測(cè)定的硬度值，用在度值，用在HR前面加數(shù)值來表示。我國(guó)規(guī)定（前面加數(shù)值來表示。我國(guó)規(guī)定（GB/T230.1-2009金屬洛氏

50、硬度試驗(yàn)金屬洛氏硬度試驗(yàn)）的洛氏硬度標(biāo)尺有九種，各標(biāo)）的洛氏硬度標(biāo)尺有九種，各標(biāo)尺的試驗(yàn)規(guī)范、測(cè)量硬度范圍及應(yīng)用。其中以尺的試驗(yàn)規(guī)范、測(cè)量硬度范圍及應(yīng)用。其中以HRA、HRB、HRC三種洛氏硬度最為常用，如表所示。三種洛氏硬度最為常用，如表所示。57 3、表面洛氏硬度表面洛氏硬度 由于洛氏硬度試驗(yàn)所用試驗(yàn)力較大，不宜用由于洛氏硬度試驗(yàn)所用試驗(yàn)力較大，不宜用來測(cè)定極薄試樣及滲氮層、金屬鍍層等的硬度，來測(cè)定極薄試樣及滲氮層、金屬鍍層等的硬度，為此，人們應(yīng)用洛氏硬度試驗(yàn)的原理，減小試驗(yàn)為此，人們應(yīng)用洛氏硬度試驗(yàn)的原理，減小試驗(yàn)力，提出了表面洛氏硬度試驗(yàn)方法。（力，提出了表面洛氏硬度試驗(yàn)方法。（GB1

51、818-79 金屬表面洛氏硬度試驗(yàn)方法金屬表面洛氏硬度試驗(yàn)方法，表示方法見，表示方法見表所示。現(xiàn)已合并到表所示?，F(xiàn)已合并到GB/T230.1-2009中。中。 4、修正修正：對(duì)柱面和球面，因壓頭所受阻力：對(duì)柱面和球面，因壓頭所受阻力小，硬度值偏低，要進(jìn)行修正。小，硬度值偏低，要進(jìn)行修正。 58 5、表示方法表示方法 HRA(B、C) 舊標(biāo)準(zhǔn)用舊標(biāo)準(zhǔn)用HRA(B、C) 洛氏硬度洛氏硬度用硬度值、符號(hào)用硬度值、符號(hào)HRHR和標(biāo)尺的字母和標(biāo)尺的字母表示表示。如。如60HRC表示用表示用C標(biāo)尺測(cè)得洛氏硬度值為標(biāo)尺測(cè)得洛氏硬度值為60。 表面洛氏硬度用表面洛氏硬度用硬度值、標(biāo)尺符號(hào)硬度值、標(biāo)尺符號(hào)（金剛

52、（金剛石圓錐為石圓錐為N，硬質(zhì)合金球?yàn)椋操|(zhì)合金球?yàn)門）的字母表示。如）的字母表示。如60HR30N表示用金剛石圓錐壓頭在表示用金剛石圓錐壓頭在30N30N標(biāo)尺上測(cè)標(biāo)尺上測(cè)得的洛氏硬度值為得的洛氏硬度值為6060。59 6 6、洛氏硬度試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)洛氏硬度試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn) 操作簡(jiǎn)便迅速，硬度值可直接讀出；操作簡(jiǎn)便迅速，硬度值可直接讀出； 壓痕較小，可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)；壓痕較小，可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)； 采用不同標(biāo)尺，可測(cè)定各種軟硬不同的金屬采用不同標(biāo)尺，可測(cè)定各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度；和厚薄不一的試樣的硬度； 因壓痕小，代表性差，由于材料中有偏析及因壓痕小，代表性差，由于材料中

53、有偏析及組織不均勻等缺陷，致使所測(cè)硬度值重復(fù)性差、組織不均勻等缺陷，致使所測(cè)硬度值重復(fù)性差、分散度大；（至少測(cè)量四次，第一次不計(jì)）分散度大；（至少測(cè)量四次，第一次不計(jì)） 用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接進(jìn)行比較。能直接進(jìn)行比較。60 （三）維氏硬度（三）維氏硬度 布氏硬度布氏硬度僅適用于硬度值小于僅適用于硬度值小于650的材料（過的材料（過高將導(dǎo)致鋼球發(fā)生塑性變形或硬質(zhì)合金球變形量高將導(dǎo)致鋼球發(fā)生塑性變形或硬質(zhì)合金球變形量大）；大）； 洛氏硬度洛氏硬度可以測(cè)量從極軟到極硬材料的硬度，可以測(cè)量從極軟到極硬材料的硬度，但是不同標(biāo)尺之間測(cè)得的硬度值沒

54、有直接聯(lián)系，但是不同標(biāo)尺之間測(cè)得的硬度值沒有直接聯(lián)系，也不能直接換算或相互比較。也不能直接換算或相互比較。 為了從極軟到極硬的各種金屬材料用一個(gè)壓為了從極軟到極硬的各種金屬材料用一個(gè)壓頭測(cè)得一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)度，從而制定了維頭測(cè)得一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)度，從而制定了維氏硬度法。氏硬度法。61 1 1、原理原理 基本與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積基本與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來計(jì)量硬度值。上的載荷來計(jì)量硬度值。 壓頭壓頭：兩相對(duì)面間夾角為：兩相對(duì)面間夾角為136的正四棱錐的正四棱錐金剛石壓頭，見圖。金剛石壓頭，見圖。 采用正四棱錐體壓頭，是為了當(dāng)改變?cè)囼?yàn)力時(shí)，采用正四棱錐

55、體壓頭，是為了當(dāng)改變?cè)囼?yàn)力時(shí)，壓痕的幾何形狀總保持相似（布氏硬度理想的壓壓痕的幾何形狀總保持相似（布氏硬度理想的壓入角為入角為44，推導(dǎo)出壓頭兩相對(duì)面間夾角為，推導(dǎo)出壓頭兩相對(duì)面間夾角為136），而不致影響硬度值。在較低硬度時(shí)，其），而不致影響硬度值。在較低硬度時(shí)，其硬度值與布氏硬度值相等或接近。硬度值與布氏硬度值相等或接近。62 衡量衡量：在載荷：在載荷F的作用下，試樣表面上壓的作用下，試樣表面上壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度出一個(gè)四方錐形的壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度d，用來計(jì)算壓痕的表面積。用用來計(jì)算壓痕的表面積。用HV表示。表示。2201891. 0)2/136sin(204.

56、 0102. 0dFdFAFHV 2 2、表示、表示 HV/ 載荷保持時(shí)間（載荷保持時(shí)間（1015s不標(biāo)注）不標(biāo)注） 載荷載荷kg(kN) 維氏硬度符號(hào)維氏硬度符號(hào) 維氏硬度值維氏硬度值 符號(hào)與試驗(yàn)力見表符號(hào)與試驗(yàn)力見表 63 3、標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)材料的軟硬、厚薄及所測(cè)部位的特性不同，需要在根據(jù)材料的軟硬、厚薄及所測(cè)部位的特性不同，需要在不同試驗(yàn)力范圍內(nèi)測(cè)定維氏硬度。為此，我國(guó)制定了三個(gè)維不同試驗(yàn)力范圍內(nèi)測(cè)定維氏硬度。為此，我國(guó)制定了三個(gè)維氏硬度試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：氏硬度試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)： GB4340.1-1999金屬維氏硬度試驗(yàn)金屬維氏硬度試驗(yàn) 第第1部分：試驗(yàn)部分：試驗(yàn)方法方法 GB4340

57、.1-1999金屬維氏硬度試驗(yàn)金屬維氏硬度試驗(yàn) 第第1部分：試驗(yàn)部分：試驗(yàn)方法方法試驗(yàn)力范圍為試驗(yàn)力范圍為49.03980.7N，共分六級(jí)。主要用于測(cè)，共分六級(jí)。主要用于測(cè)定較大工件和較深表面層的硬度。定較大工件和較深表面層的硬度。 GB5030-85金屬小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)方法金屬小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)方法試驗(yàn)力試驗(yàn)力范圍為范圍為1.96149.03N，共分七級(jí)。主要用于測(cè)定較薄工件，共分七級(jí)。主要用于測(cè)定較薄工件和工具的表面層或鍍層的硬度，也可測(cè)定試樣截面的硬度梯和工具的表面層或鍍層的硬度，也可測(cè)定試樣截面的硬度梯度。度。64 GB/T434291金屬顯微維氏硬度試驗(yàn)金屬顯微維氏硬度試驗(yàn)方法方法

58、 試驗(yàn)力范圍為試驗(yàn)力范圍為98.071031.961N，共，共分五級(jí)。主要用于測(cè)定金屬箔、極薄的表面層的分五級(jí)。主要用于測(cè)定金屬箔、極薄的表面層的硬度以及合金中各種組成相的硬度。硬度以及合金中各種組成相的硬度。 現(xiàn)統(tǒng)一用現(xiàn)統(tǒng)一用GB4340.1-2009金屬材料金屬材料 維氏維氏硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn) 第第1部分：試驗(yàn)方法部分：試驗(yàn)方法 維氏硬度計(jì)圖片維氏硬度計(jì)圖片 4 4、修正、修正 壓痕的形狀不同（如圖所示），需要進(jìn)行修壓痕的形狀不同（如圖所示），需要進(jìn)行修正。略正。略65 5 5、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn) 不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力F與壓頭與壓頭直徑直徑D之間所規(guī)定條件的

59、約束。之間所規(guī)定條件的約束。 不存在洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)不同硬度標(biāo)尺的硬度不存在洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)不同硬度標(biāo)尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端。值無法統(tǒng)一的弊端。 試驗(yàn)力可任意選取，壓痕測(cè)量的精度高，硬試驗(yàn)力可任意選取，壓痕測(cè)量的精度高，硬度值較為準(zhǔn)確。度值較為準(zhǔn)確。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：需要通過測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度后才是：需要通過測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度后才能進(jìn)行計(jì)算或查表，效率比洛氏硬度低。能進(jìn)行計(jì)算或查表，效率比洛氏硬度低。66 （四）（四） 其它硬度其它硬度 1、努氏硬度努氏硬度 GB/T18449.1-2001金屬努氏硬度試驗(yàn)金屬努氏硬度試驗(yàn) 第第1部分：試驗(yàn)方法部分：試驗(yàn)方法 是一種顯微硬度試驗(yàn)方法。與顯微維氏硬度相

60、是一種顯微硬度試驗(yàn)方法。與顯微維氏硬度相比，有兩點(diǎn)不同。比，有兩點(diǎn)不同。 壓頭形狀不同壓頭形狀不同。是兩個(gè)對(duì)面夾角不等的四角。是兩個(gè)對(duì)面夾角不等的四角棱錐金剛石壓頭（其對(duì)面夾角分別為棱錐金剛石壓頭（其對(duì)面夾角分別為17230和和130），試件上得到的是長(zhǎng)、短對(duì)角線長(zhǎng)度之比），試件上得到的是長(zhǎng)、短對(duì)角線長(zhǎng)度之比為為7.11的菱形壓痕。如圖所示的菱形壓痕。如圖所示6722451. 123.14102. 0lFlFHK 式中式中 F試驗(yàn)力，其值可在試驗(yàn)力，其值可在0.490319.61N范范圍內(nèi)選取。圍內(nèi)選取。 應(yīng)用應(yīng)用：因壓痕細(xì)長(zhǎng)，只測(cè)量長(zhǎng)對(duì)角線的長(zhǎng)度，因：因壓痕細(xì)長(zhǎng)，只測(cè)量長(zhǎng)對(duì)角線的長(zhǎng)度，因而精