3.硬度和冲击韧度.ppt

硬度和冲击 硬度 概述 硬度试验原理 硬度与其它力学性能的关系 冲击 一次冲击 多次冲击 1 硬度 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，一般指材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力。 硬度试验特点： 试验设备简单，操作方便、快捷； 故可对大多数机件成品直接进行无损检测； 硬度与其它力学性能特别是抗拉强度等有一定关系。 1.1 概述 硬度试验目的： 材料成分判定（非金属材料、有色金属）； 材料耐磨性能判定（金属材料）； 产品质量检验（金属材料） 材料强度推测（金属材料） 硬度试验方法分类 工程常见硬度检测实务 钢铁零件表面化学热处理、表面淬火、感应热处理等后硬度检测； 轧辊和钢球的硬度检测； 滚动轴承和滑动轴承零件硬度检测； 钢的淬透性硬度检测； 铸铁的硬度及灰铸铁的相对硬度检测； 齿轮、弹簧、活塞及焊接接头的硬度检测； 金属覆盖层和热涂层硬度检测； 硬质合金和粉末冶金制品的硬度检测； 铝合金板材的硬度检测； 铍青铜材硬度检测；等等。 1.2 常用压入法硬度试验原理 Brinell Vicker Knoop Rockwell 常用工程材料的硬度 压头直径（D）及载荷（P）的选择 硬材料 软材料 d d P1 P1 D1 D1 P1 P1 D1 D1 P2 D2 P3 D3 几何相似原理 采用不同的载荷（P）或钢球直径（D），但必须保证压痕几何相似。 要求： （3）肖氏硬度(Shore Hardness) 原理：属动态试验法，即将具有一定质量的带有金刚石或合金钢球的重锤从一定高度落向试样表面，根据重锤回跳的高度来表征材料硬度大小。回跳越高，材料越硬。 特点：肖氏硬度计一般为手提式，便于携带，使用方便，可测现场大型工件的硬度。 缺点：准确性受人为因素影响较大，测量精度低，只适于材料弹性模量相同时比较。 公式: h1-冲头下落高度; h2-冲头反弹高度; K-系数，对C形： K=153；对D形： K=140 （4）莫氏硬度(Mohs Hardness) 旧标准 新标准 顺序 材料 顺序 材料 1 滑石 1 滑石 2 石膏 2 石膏 3 方解石 3 方解石 4 萤石 4 萤石 5 磷灰石 5 磷灰石 6 正长石 6 正长石 7 石英 7 SiO2玻璃 8 黄玉 8 石英 9 刚玉 9 黄玉 10 金刚石 10 石榴石 11 熔融氧化锆 12 刚玉 13 碳化硅 14 碳化硼 15 金刚石 陶瓷及矿物材料常用的刻划硬度，它只表示硬度从小到大的顺序，不表示具体软硬程度。旧标准划分为10级；新标准有15级。序号越大，莫氏硬度就越高。 1.2.5 纳米硬度(Nanohardness) 试验原理：属压痕法一种 试验设备：纳米力学探针 原子力显微镜 特点：载荷极小（可达μN级），压痕深度极小（nm级），故适用于微区力学性能测定。 测试基本原理 测定内容：P－h曲线 硬度值： 纳米硬度测定实例 6061Al基体 SiCp/6061Al棒 纳米压痕法测定原位弹性模量 通过载荷－位移曲线还可求得被测试材料的原位弹性模量。加载过程中，材料经历弹塑性变形，而卸载初期材料为弹性变形，因此可由最初卸载曲线斜率dP/dh得到材料的弹性模量，其公式为 式中，?为与压头形状有关常数；A为实际压入面积；Er、Es、Ei 分别为体系约化模量、材料弹性模量、压头模量；?s、?i分别为材料和压头的泊松比。对金刚石压头来说，Ei =1140GPa；?i=0.07。 纳米压痕法测定其它性能探索 测定薄膜、涂层、镀层等材料的硬度、模量、残余应力以及与基底材料的结合力。 研究复合材料界面及近界面微区力学性能分布特征。 研究蠕变行为及性能 文物及贵重工艺品硬度测试 测定脆性薄膜或陶瓷材料微小区域的断裂韧度。当压头压入脆性材料时，可能会在压痕周围产生径向微裂纹，根据微裂纹尺度及硬度估算断裂韧度： 式中，α为与压头形状相关的经验系数；H 为硬度；C 为径向裂纹长度；E 为杨氏模量。 1.3 硬度与其他力学性能的关系 式中，k－比例系数。 不同的金属，k 值不同；对同一种金属，热处理不改变 k 值，但冷变形使 k 值变化。 碳钢布氏硬度与抗拉强度关系 1.3.1 硬度与抗拉强度的关系 部分钢的硬度与抗拉强度的关系 部分有色金属硬度与抗拉强度的关系 1.3.2 硬度与疲劳强度的关系 通常，m = 0.4 ~ 0.6，平均为0.5，即疲劳极限大约为抗拉强度的一半。 对钢铁材料：已知：σb≈3.3HB 因此：σ-1≈1.6HB 2 冲击 受冲击载荷的构件 空间飞行器受陨石的撞击