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工程材料及热加工工艺基础 机电工程学院 周玉梅 zymtky@163.com 一、弹性和刚度 说明： ① 用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0?，??。只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用? 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用?5 表示。显然?5 ? ③ ? ? 时，无颈缩，为脆性材料表征 ? ? 时，有颈缩，为塑性材料表征 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的优点。 韧脆转变温度 材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。 材料在低于?s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用?-1表示。 钢铁材料规定次数为 ， 有色金属合金为 。 作业题 硬度是材料抵抗表面局部塑性变形的能力 硬度也反映材料抵抗其它物体压入的能力 通常材料的强度越高，硬度也越高 工程上常用的硬度指标有 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度 二、硬度 布氏硬度HB 用一定载荷P，将直径为D的球体（淬火钢球或硬质合金球），压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，测量被测试试表面上所形成的压痕直径d，由此计算压痕的球缺面积F，其单位面积所受载荷称为布氏硬度。布氏硬度值HB=P / F 当测试压头为淬火钢球时，只能测试布氏硬度小于450的材料，以HBS表示 当测试压头为硬质合金时，可测试布氏硬度为450~650的材料，以HBW表示 120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。 在测定材料的布氏硬度时，应根据材料的种类和试样的厚度，选择球体材质、球体直径D、施加栽荷P和载荷保持时间等 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 材料的?b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: ?b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：?b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： ?b(MPa)≈1HB或 ?b(MPa)≈ 0.6(HB-40) HB ?b(MPa) 钢 黄铜 球墨铸铁 洛氏硬度HR 原理：洛氏硬度试验是用特殊的压头（金刚石压头或钢球压头）在先后施加的两个载荷（预载荷和总载荷）的作用下压入金属表面来进行的。 总载荷P为预载荷P0和主要载荷P1之和，即P= P0+ P1 洛氏硬度值是施加总载荷P并卸除主载荷P1引起的残余压入深度.该值用来表示被测材料硬度的高低。 HR=k-(h1-h0)/0.002 优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 图1-4　洛氏硬度试验示意图a)HR(A、C、D)标尺　b)HRB标尺 钢球压头与金刚石压头 维氏硬度 HV 维氏硬度的测量原理与布氏硬度相同，不同点是压头为一相对面夹角为136°金刚石正四方棱锥体，所加负荷为5~120kgf（49.03~1176.80N） 它所测定的硬度值比布氏、洛氏硬度精确，压入深度浅，适于测定经表面处理零件的表面层的硬度，改变负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度，但测定过程比较麻烦。 在用规定的压力P将金刚石压头压入被测试件表面并保持一定时间后卸去载荷，测量压痕投影的两对角线的平均长度d，据此计算出压痕的表面积S，最后求出压痕表面积上平均压力（P/S），以此作为被测材料的维氏硬度值。 压痕 小负荷维氏硬度计 显微维氏硬度计 三、冲击韧性 是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得)。 韧 体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。 断裂（fracture） 韧性断裂（Ductile fracture） 断裂前发生明显的宏观塑性变形，断口为杯形，暗灰纤维状 脆性断裂 （brittle fracture）: ： 断裂前不发生塑性变形，断口平齐，由无数发亮的小平面组成 a 软金属、聚合物 b 低碳钢 c 铸铁、陶瓷、玻璃 Ductile fracture Brittle fracture The RMS Titanic leaves port in the 1998 movie Titanic. Wreck of Tita