《材料成型檢測技術(shù)》1.洛氏硬度（一）定義定義及發(fā)展歷史洛氏硬度（RockwellHardness，符號HR）是由美國冶金學(xué)家斯坦利·P·洛克威爾（StanleyP.Rockwell）于1919年提出的一種硬度測試方法。作為20世紀(jì)最重要的硬度測試技術(shù)創(chuàng)新之一，洛氏硬度測試法因其操作簡便、測試快速的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中最廣泛使用的硬度測試技術(shù)。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕（二）基本原理定義及發(fā)展歷史1-1加上初載荷后壓頭的位置2-2加上初軟荷+主載荷后壓頭的位置3-3卸去主載荷后壓頭的位置He：卸去主載的彈性恢復(fù)1.采用深度測量而非壓痕尺寸測量2.通過預(yù)加載消除表面粗糙度影響洛氏硬度的核心原理是采用兩級加載方式，先施加初試驗(yàn)力，再施加主試驗(yàn)力，通過測量壓痕深度增量計(jì)算硬度值。這種測試方法的創(chuàng)新性在于：測試設(shè)備與儀器組成01金剛石圓錐壓頭（120°錐角，0.2mm尖端半徑）硬質(zhì)合金球壓頭（直徑1.5875mm/3.175mm/6.35mm/12.7mm）壓頭系統(tǒng)：02初試驗(yàn)力：10kgf（98.07N）加載機(jī)構(gòu)：杠桿式或閉環(huán)伺服控制主試驗(yàn)力：60/100/150kgf加載系統(tǒng)：03深度測量系統(tǒng)04控制系統(tǒng)測試步驟（一）試樣制備表面要求：測試面需平整光滑（Ra<1.6μm）；厚度要求：≥10倍壓痕深度（通常>1mm）；支撐要求：試樣背面需有剛性支撐。（二）選擇測試標(biāo)尺根據(jù)材料類型和硬度范圍選擇合適標(biāo)尺：比如HRA、HRAB、HRC。測試步驟（三）測試過程預(yù)加載：施加10kgf初試驗(yàn)力，建立測量基準(zhǔn)；主加載：施加主試驗(yàn)力（60/100/150kgf）并保持一定時(shí)間；卸除主載荷：保留初試驗(yàn)力，測量深度殘余增量；讀取硬度值：直接從表盤或顯示屏讀取。計(jì)算公式鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度值（HR）由壓頭在初始試驗(yàn)力與總試驗(yàn)力下的壓痕深度差（h）確定：HR=N-h/SN：標(biāo)尺常數(shù)（如HRA/HRC標(biāo)尺N=100，HRB標(biāo)尺N=130）h：壓痕深度差（單位：毫米，mm），即主試驗(yàn)力加載后與初始試驗(yàn)力下的深度差。S：標(biāo)尺系數(shù)（通常S=0.002mm，依標(biāo)尺不同而定）。洛氏硬度標(biāo)尺分類標(biāo)尺壓頭類型試驗(yàn)力（kgf）公式適用材料HRA金剛石圓錐60HRA=100-h/0.002硬質(zhì)合金、薄硬材料HRB1.588mm鋼球100HRB=130-h/0.002軟金屬（如銅、鋁合金）HRC金剛石圓錐150HRC=130-h/0.002淬火鋼、工具鋼等高硬度材料表示方法鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA－金鋼石圓錐壓頭用于測量高硬度材料，如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。（90HRA）HRB－淬火鋼球壓頭用于測量低硬度材料，如有色金屬和退火、正火鋼等。（120HRB）HRC金鋼石圓錐壓頭用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。（59HRC）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1快速直接：無需顯微鏡測量，測試后直接讀數(shù)，效率高（適合生產(chǎn)線檢測）。2多標(biāo)尺覆蓋廣：不同標(biāo)尺（HRA/HRB/HRC等）適應(yīng)不同硬度范圍材料。3對表面要求較低：允許試樣表面有一定粗糙度。缺點(diǎn)1標(biāo)尺切換復(fù)雜：不同材料需選擇對應(yīng)標(biāo)尺，數(shù)據(jù)跨標(biāo)尺不可直接對比。2壓痕較大：鋼球壓頭（HRB）可能損傷薄層或小零件。3精度受預(yù)壓力影響：初始試驗(yàn)力的施加需嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化。總結(jié)洛氏硬度測試以其獨(dú)特的測試原理和卓越的實(shí)用性，已成為現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的硬度測試方法。雖然存在標(biāo)尺轉(zhuǎn)換復(fù)雜、精度相對較低等局限，但其在測試效率、操作簡便性等方面的突出優(yōu)勢，使其在生產(chǎn)線質(zhì)量控制、產(chǎn)品檢驗(yàn)等領(lǐng)域占據(jù)不可替代的地位。《材料成型檢測技術(shù)》2.布氏硬度（一）定義定義及發(fā)展歷史布氏硬度（BrinellHardness，符號HB）是由瑞典工程師約翰·奧古斯特·布氏（JohanAugustBrinell）于1900年提出的一種硬度測試方法。作為最早被標(biāo)準(zhǔn)化的硬度測試技術(shù)之一，布氏硬度測試法在20世紀(jì)初的工業(yè)革命中發(fā)揮了重要作用，為當(dāng)時(shí)快速發(fā)展的機(jī)械制造業(yè)提供了可靠的硬度檢測手段。（二）基本原理定義及發(fā)展歷史布氏硬度的核心原理是用硬質(zhì)合金球或鋼球壓頭在恒定載荷下壓入材料表面，通過測量壓痕直徑計(jì)算硬度值。這種測試方法基于一個(gè)簡單的物理概念：在給定載荷作用下，較硬的材料會(huì)產(chǎn)生較小的壓痕，而較軟的材料會(huì)產(chǎn)生較大的壓痕。（一）壓頭系統(tǒng)測試設(shè)備與儀器組成硬質(zhì)合金球（HBW）或鋼球（HBS）壓頭，標(biāo)準(zhǔn)直徑為10mm，小試樣可用5mm或2.5mm。（二）加載系統(tǒng)液壓或電機(jī)驅(qū)動(dòng)加載機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)力范圍：500kgf~3000kgf。（三）深度測量系統(tǒng)測試設(shè)備與儀器組成光學(xué)顯微鏡（放大倍數(shù)通常為20×或40×）；數(shù)字圖像處理系統(tǒng)（現(xiàn)代自動(dòng)硬度計(jì)）；測量分辨率至少達(dá)到0.01mm。（四）控制系統(tǒng)載荷保持時(shí)間設(shè)定、測試過程自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)記錄與輸出功能。（一）試樣制備測試步驟表面要求：被測表面需經(jīng)過研磨或拋光，確保平整度，無氧化皮或油污，粗糙度Ra<1.6μm。厚度要求：試樣厚度應(yīng)至少為壓痕深度的8~10倍（防止背面變形影響測試）。對于10mm壓頭，最小厚度建議為6mm。（二）測試參數(shù)選擇測試步驟壓頭直徑選擇：10mm：標(biāo)準(zhǔn)尺寸，適用于大多數(shù)情況；5mm：中等尺寸試樣；2.5mm：小尺寸或薄試樣。試驗(yàn)力選擇：軟金屬（鋁、銅等）：500kgf；中硬材料（退火鋼）：1000-1500kgf；較硬材料：3000kgf。載荷保持時(shí)間：通常為10-15秒，特殊材料可延長至30秒。計(jì)算公式

式中P—載荷A—表面壓痕的凹陷面積D—壓頭直徑d—壓痕直徑表示方法

120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。應(yīng)用適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼，鑄鐵及有色金屬的硬度。與抗拉強(qiáng)度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

對于低碳鋼:

b(MPa)≈3.6HB對于高碳鋼：

b(MPa)≈3.4HB對于鑄鐵：

b(MPa)≈1HB或

b(MPa)≈0.6(HB-40)總結(jié)布氏硬度測試作為最傳統(tǒng)的硬度測試方法之一，在材料科學(xué)和工程領(lǐng)域仍然具有重要地位。雖然其存在壓痕大、效率較低等缺點(diǎn)，但在測試中低硬度材料、粗晶材料等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。隨著測試技術(shù)的不斷發(fā)展，布氏硬度測試方法正在向自動(dòng)化、智能化方向演進(jìn)，必將繼續(xù)為材料性能評估和質(zhì)量控制提供可靠的技術(shù)支持?！恫牧铣尚蜋z測技術(shù)》3.維氏硬度（一）定義定義及發(fā)展歷史維氏硬度（VickersHardness，符號HV）是由英國工程師羅伯特·L·史密斯（RobertL.Smith）和喬治·E·桑德蘭（GeorgeE.Sandland）于1921年在Vickers公司工作時(shí)提出的一種硬度測試方法。作為顯微硬度測試的奠基性技術(shù)，維氏硬度測試法因其獨(dú)特的測試原理和廣泛的適用性，已成為材料科學(xué)研究和工業(yè)檢測中不可或缺的重要手段。（二）基本原理定義及發(fā)展歷史維氏硬度的核心原理是使用金剛石正四棱錐壓頭在恒定載荷下壓入材料表面，通過測量壓痕對角線長度計(jì)算硬度值。這種測試方法的創(chuàng)新之處在于采用幾何角度恒定的壓頭（136°），使得測試結(jié)果在不同載荷下具有可比性，這一特性被稱為“幾何相似性原理”。（一）壓頭系統(tǒng)測試設(shè)備與儀器組成金剛石正四棱錐壓頭（頂角136°±0.5°）；壓頭錐面夾角精度要求極高（誤差<±0.5°）、壓頭尖端半徑<0.5μm。（二）加載系統(tǒng)電磁或電機(jī)驅(qū)動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、試驗(yàn)力范圍：0.01gf~120kgf（涵蓋顯微到宏觀硬度測試）、載荷精度：±1%以內(nèi)。（三）深度測量系統(tǒng)測試設(shè)備與儀器組成高倍率光學(xué)顯微鏡（200倍到1000倍）、CCD數(shù)字圖像采集系統(tǒng)、自動(dòng)邊緣識(shí)別軟件。（四）控制系統(tǒng)全自動(dòng)測試流程控制、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與處理、測試結(jié)果數(shù)據(jù)庫管理。（一）試樣制備測試步驟表面要求：表面處理，需精密拋光至鏡面（Ra<0.05μm）。清潔處理：使用無水乙醇或丙酮清潔表面。對于薄膜材料：厚度需大于壓痕深度的1.5倍。（二）測試參數(shù)選擇測試步驟試驗(yàn)力選擇原則：顯微硬度測試：0.01~1kgf、常規(guī)測試：1~30kgf、宏觀測試：30~120kgf保載時(shí)間：金屬材料：10-15秒脆性材料：5-10秒高分子材料：30-60秒計(jì)算公式

式中HV：維氏硬度值，無量綱，但需標(biāo)注試驗(yàn)條件（如試驗(yàn)力、保持時(shí)間）。F：試驗(yàn)力，單位為千克力（kgf）或牛頓（N）。若使用牛頓（N），需轉(zhuǎn)換為千克力：Fkgf=FN/9.80665。d：壓痕兩條對角線的算術(shù)平均值，單位為毫米（mm）。壓頭是正四棱錐金剛石，對面角是136度表示方法維氏硬度用符號HV表示，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。640HV300/20優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1測試范圍廣，適用于從極軟材料（如鋁）到超硬材料（如陶瓷、硬質(zhì)合金）。2對試樣損傷小，壓痕微?。ㄓ绕滹@微維氏硬度），適合薄層材料（如涂層）、小零件樣品。3高精度與一致性，硬度值與載荷大小無關(guān)（理想條件下），結(jié)果可比性強(qiáng)。4統(tǒng)一標(biāo)尺，與其他硬度標(biāo)尺（如洛氏、布氏）不同，維氏硬度無需切換標(biāo)尺。缺點(diǎn)1對試樣表面要求高，試樣表面需高度拋光，粗糙或不平整會(huì)導(dǎo)致壓痕變形，影響測量準(zhǔn)確性。2操作復(fù)雜且耗時(shí)，需顯微鏡精確測量壓痕對角線長度（通常測兩次取平均），依賴操作者經(jīng)驗(yàn)，顯微鏡對焦、對角線測量精度受操作者技能影響，人為誤差風(fēng)險(xiǎn)較高?？偨Y(jié)維氏硬度測試以其獨(dú)特的測試原理和廣泛的適用性，在材料科學(xué)研究和工業(yè)檢測領(lǐng)域占據(jù)著不可替代的地位。雖然存在試樣制備要求高、測試效率較低等缺點(diǎn)，但其在測試范圍、測量精度等方面的優(yōu)勢使其成為硬度測試領(lǐng)域的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。隨著測試技術(shù)的不斷發(fā)展，維氏硬度測試正在向更高精度、更智能化的方向發(fā)展，必將繼續(xù)為材料性能研究和質(zhì)量控制提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。《材料成型檢測技術(shù)》4.靜拉伸試驗(yàn)定義靜拉伸試驗(yàn)（StaticTensileTest）是指在常溫、準(zhǔn)靜態(tài)條件下，對標(biāo)準(zhǔn)試樣施加單向拉伸載荷，直至試樣斷裂，從而測定材料強(qiáng)度與塑性指標(biāo)的試驗(yàn)方法。核心目標(biāo)強(qiáng)度：彈性極限σe

、屈服強(qiáng)度σs

、抗拉強(qiáng)度σb塑性：斷后伸長率δ、斷面收縮率ψ組成機(jī)構(gòu)室溫拉伸試驗(yàn)機(jī)五部分機(jī)身加載機(jī)構(gòu)測力機(jī)構(gòu)載荷伸長記錄裝置夾持機(jī)構(gòu)高/低溫拉伸試驗(yàn)機(jī)高溫爐視頻引伸計(jì)試樣形狀尺寸01.圓形截面拉伸試樣

試樣形狀尺寸02.矩形截面拉伸試樣

l0tb拉伸試樣拉伸曲線

F拉伸斷口總結(jié)靜拉伸試驗(yàn)是一種較簡單的力學(xué)性能試驗(yàn)，能夠清楚地反映出材料受力后所發(fā)生的彈性、彈塑性與斷裂三個(gè)變形階段的基本特性。經(jīng)拉伸試驗(yàn)對所測試的力學(xué)性能指標(biāo)的測量穩(wěn)定可靠，而且理論計(jì)算方便，因此各國及國際組織都制定了完善的拉伸試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，同學(xué)們在實(shí)際試驗(yàn)中可以根據(jù)需要查閱具體的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。《材料成型檢測技術(shù)》5.強(qiáng)度和塑性主要力學(xué)性能指標(biāo)當(dāng)外力作用于材料時(shí)，材料會(huì)發(fā)生變形。根據(jù)變形的可逆性，可分為彈性變形和塑性變形。強(qiáng)度指標(biāo)彈性極限、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。剛度指標(biāo)彈性模量。塑性指標(biāo)伸長率、斷面收縮率。強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度定義：材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。01.彈性極限（σe）指材料能保持完全彈性變形的最大應(yīng)力值，即應(yīng)力超過該值后，材料開始進(jìn)入塑性變形階段。σe=Fe/S0(MPa)物理意義：表征材料抵抗彈性變形的能力。彈性極限越高，材料在受力時(shí)越不容易發(fā)生永久變形。工程應(yīng)用：精密儀器（如彈簧、傳感器）需選用高σ?材料，以確保變形可完全恢復(fù)。強(qiáng)度指標(biāo)02.屈服強(qiáng)度（σS）指材料在外力作用下，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力。σS=FS/S0(MPa)它表征了材料抵抗微量塑性變形的能力。下屈服強(qiáng)度（√）定義：屈服階段中應(yīng)力波動(dòng)的最低穩(wěn)定值（即曲線平臺(tái)區(qū)的最低應(yīng)力）。特點(diǎn)：反映材料抵抗塑性變形的真實(shí)能力，工程設(shè)計(jì)的核心依據(jù)。上屈服強(qiáng)度（×）定義：材料首次發(fā)生塑性變形時(shí)的最高應(yīng)力（即曲線中屈服階段的第一個(gè)峰值）。特點(diǎn)：對試樣表面狀態(tài)、加載偏心等敏感，數(shù)據(jù)分散性大，工程上較少直接使用。強(qiáng)度指標(biāo)02.屈服強(qiáng)度（σS）對于沒有明顯屈服平臺(tái)的材料（如鋁合金、銅合金、奧氏體不銹鋼、大多數(shù)聚合物等），其屈服強(qiáng)度的確定需要采用條件屈服強(qiáng)度的方法。明顯屈服條件屈服條件屈服強(qiáng)度σ0.2=F0.2/S0(MPa)工程應(yīng)用塑性材料（如結(jié)構(gòu)鋼）的選材依據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)需確保工作應(yīng)力σ工作<σS，以防止結(jié)構(gòu)失效。強(qiáng)度指標(biāo)03.抗拉強(qiáng)度（σb）抗拉強(qiáng)度是材料在拉斷前承受最大載荷時(shí)的應(yīng)力。σb=Fb/S0(MPa)物理意義：表征材料在拉伸條件下的最大承載能力。反映材料抵抗最大均勻塑性變形的能力。工程應(yīng)用：抗拉強(qiáng)度是脆性材料選材的依據(jù)，塑性材料的失效預(yù)警指標(biāo)。屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值σS/σb（屈強(qiáng)比）。剛度材料在外力作用下抵抗彈性變形的能力稱為剛度。

比例系數(shù)E稱為彈性模量，它反映材料對彈性變形的抗力，代表材料的“剛度”。E↑-材料抵抗彈性變形的能力越大。彈性模量的大小主要取決于材料的本性，隨溫度升高而逐漸降低。塑性材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。常用δ和Ψ作為衡量塑性的指標(biāo)延伸率

斷面收縮率

良好的塑性是材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。工程意義：δ、ψ高→材料成形性好（如深沖鋼板要求δ>30%）。δ、ψ低→材料脆性大（如鑄鐵δ<5%）。