材料力学性能第4章.ppt

4.1 前言 古时，利用固体互相刻划来区分材料的软硬 硬度仍用来表示材料的软硬程度。 硬度值大小取决于材料的性质、成分和显微组织，测量方法和条件不符合统一标准就不能反映真实硬度。 目前还没有统一而确切的关于硬度的物理定义。 硬度测定简便，造成的表面损伤小，基本上属于“无损”检测的范畴。 测定硬度的方法很多，主要有压入法，回跳法和刻划法三大类。。 硬度试验动画 4.2 布氏硬度 压入法硬度:氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度,表征材料表面抵抗外物压人时引起塑性变形的能力。4.2.1 布氏硬度测定的原理和方法 压力将淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力，试件表面留下压痕，单位压痕表面积上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值。 施加压力P,压头直径D, 压痕深度h或直径d,计算出布氏硬度值，单位为kgf/mm2（一般不标注）。 （4-1） 公式表明，当压力和压头直径一定时，压痕直径越大，布氏硬度值越低，即变形抗力越小；反之，布氏硬度值越高。 压头直径选定: 试件的厚度应大于压痕深度的10倍。尽可能选用大直径的压头。根据材料及其硬度范围，参照表4-1选择P/D2。 测试加载压力与试件表面垂直，均匀平稳，无冲击。 压力作用下的保持时间有规定，对黑色金属应为10秒，有色金属为30秒，对HB＜35的材料为60秒。压痕直径d不在0.25 –0.6 D 范围无效。 4.2.2 布氏硬度的特点和适用范围 压痕面积大，能反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能，不受个别相和微区不均匀性的影响。布氏硬度分散性小，重复性好 适合于测定粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度，象灰铸铁和轴承合金等。 4.3 洛氏硬度 4.3.1 洛氏硬度测定的原理和方法 洛氏硬度是直接测量压痕深度，压痕愈浅表示材料愈硬 常用的压头： 顶角为1200的金刚石圆锥体 直径为Φ1.588mm(1／16英寸)的钢球压头 测定HRC采用金刚石压头，最好用图示 先加10kgf预载，压入材料表面的深度为t0，此时表盘上的指针指向零点(见图4-3(a))。 然后再加上140kgf主载荷，压头压入表面的深度为t1，表盘上的指针逆时针方向转到相应的刻度(见图4-3(b))。 图4-3 洛氏硬度试验过程的示意图 4.3.2 洛氏硬度的优缺点及其应用 优点： ①因为硬度值可从硬度机的表盘上直接读出，故测定洛氏硬度更为简便迅速,工效高； ②对试件表面造成的损伤较小，可用于成品零件的质量检验； ⑧因加有预载荷，可以消除表面轻微的不平度对试验结果的影响。 4.3.3 表面洛氏硬度 洛氏硬度施加的压力大，不宜用于测定极薄的工件和表面硬化层. 发展了表面洛氏硬度试验。 与普通洛氏硬度主要不同点： 1）预载荷为3kgf(29.42N)，总载荷比较小,分别为15kgf,30kgf和45kgf(441.3N) 2）取t＝0.1mm时的洛氏硬度为零，深度每增大0.001mm,表面洛氏硬度降低一个单位。 4.4 维氏硬度 4.4.1 维氏硬度测定的原理和方法 维氏硬度测定的原理与方法基本上与布氏硬度的相同，根据单位压痕表面积上所承受的压力来定义硬度值。 测定维氏硬度所用的压头为金刚石制成的四方角锥体，两相对面间的夹角为1360，所加的载荷较小。 维氏硬度的表示方法与布氏硬度的相同， 例：640HV30／20，最前数字为硬度值，后面数字依次为载荷/保持时间。 4.5 显微硬度 布、洛及维氏三种硬度试验只能测得组织的平均硬度值． 测定极小范围内的硬度，需用显微硬度试验，例如某个晶粒，某个组成相或夹杂物的硬度 显微硬度试验一般是指测试载荷小于200g力的硬度试验，常用的有显微维氏硬度和努氏硬度。 如340HV0.1表示用0.1kgf的载荷测得的维氏显微硬度为340， 340HV0.05则是表示用0.05kgf的载荷测得的硬度为340. 努氏硬度值与维氏硬度的不同，定义单位压痕投影面积上所承受的力。已知载荷P、压痕长对角线长度L，计算努氏硬度值(HK) HK＝14.22P/L2 (4-9) 努氏硬度试验法无国家标准，测试载荷通常为1-50N。按金相试样的要求制备试件。 压痕浅而细长，较维氏法优越。适于测定极薄层或极薄零件，丝、带等细长件以及硬而脆的材料(如玻璃、玛瑙、陶瓷等)的硬度。测量精度和对表面状况的敏感度也更高。 4.6 肖氏硬度（回跳硬度） 原理：金刚石圆头或钢锭球的标准冲头从一定高度h0自由下落到试件表面，因试件的弹性变形使其回跳到某高度h，用两个高度的比值计算肖氏硬度值 HS=Kh/h0