(金属材料与热处理)模块一金属的力学性能.ppt

硬度 维氏硬度试验原理：维氏硬度是将顶部两相对面具有规定角度的正棱锥体金刚石压头用一定的试验力压入试样表面，保持规定的时间后卸除试验力，通过测量试样表面压痕两对角线长度，用其平均值计算硬度值，压痕单位表面积所承受的平均压力为维氏硬度值，用符号HV 表示 维氏硬度实验原理图 硬度 维氏硬度计算公式: 式中 HV—维氏硬度，不标单位; F—试验力（ N）; d—压痕两对角线长度平均值（mm）。 在实际测试时，维氏硬度值不用计算，而是用测微计测出压痕两对角线的长度，计算出平均值后，再根据d的大小查表，即可求出所测硬度值。 硬度 维氏硬度试验规范 GB/T 4340.2-2012 维氏硬度的表示方法：维氏硬度值+硬度符号+试验条件 若试验力的保持时间为10-15 s时，可以不标出。如640HV30/20表示在30 kgf（294.2 N）试验力作用下，保持20s测得的维氏硬度值为640。 硬度 维氏硬度的优点：是试验载荷小，压痕较浅，适用范围宽，测试范围为5－3000HV，可以测定从极软到极硬的各种金属材料，尤其适于测量零件表面淬火层及化学热处理的表面层等。同时维氏硬度只用一种标尺，材料的硬度可以直接通过维氏硬度值比较大小，既不存在布氏硬度试验力 F与球体直径D之间关系的约束，也不存在洛氏硬度那样不同标尺的硬度无法统一的问题。 维氏硬度的缺点：是对试样表面要求高，压痕对角线长度测量比较麻烦，不适于大批测试。 硬度 维氏硬度试验过程 1、试样 试样表面应平坦光滑，无氧化皮及污物。试样或试验层的最小厚度应满足试验要求，试验后，试样背面不应出现可见的变形痕迹，从而保证试验结果的准确可靠。表面粗糙度 Ra≤0.4μm;小载荷维氏硬度试样粗糙度 Ra≤0.2μm。 2、试验设备 维氏硬度计。 3、试验过程 试验温度为10-35℃的室温。先对试样进行加载，载荷保持规定时间后卸除载荷。用测微目镜测读压痕对角线长度，查表得到试样的维氏硬度值。 冲击韧性 冲击载荷 在很短时间内作用在金属材料上的载荷称为冲击载荷。冲床的冲头、锤锻杆、风动工具、锤子等，它们都是利用冲击载荷工作的;而在其他很多情况下，则要尽量避免受到冲击载荷的作用， 冲击载荷与静载荷的主要区别在于:冲击载荷加载时间短，加载速率高，应力集中，使金 属材料的变脆倾向增大。因此冲击载荷对材料的破坏效应大于静载荷。 冲击韧性 冲击韧性 金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，或者说在断裂前变形吸收能量的能力叫冲击韧性，它是金属材料力学性能的重要指标。 金属材料的冲击韧性随加载速度的提高、温度的降低、应力集中程度的加剧而下降。冲击韧性试验，就是综合应用较高冲击速度和缺口试样的应力集中，来测定金属从变形到断裂 所消耗的冲击能量的大小，即韧性的高低。 冲击韧性 冲击试验 工程上常用一次摆锤冲击试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定试样在冲击载荷作用下被折断而消耗的冲击吸收能量 K，单位为J（焦耳）。一次摆锤冲击试验应按《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》（GB/T 229—2007）进行。 冲击试样 标准中冲击试样有U形缺口和V形缺口两种类型。 冲击韧性 一次摆锤冲击试验 一次摆锤冲击试验原理如图1-5所示，试验时，将标准试样置于试验机支座上（缺口背向摆 锤冲击方向），然后把质量为m的摆锤抬升到一定高度H1，然后释放摆锤，冲断试样，摆锤冲断试样后由于惯性继续运动到 H2。冲击过程中如果忽略各种能量损失（空气阻力及摩擦等），摆锤的位能损失 mgH1-mgH2= mg（H1-H2）就是冲断试样所需要的能量，即试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收能量，用 K表示，并用字母V和U表示缺口的几何形状，用下标数字2或8表示摆锤刀刃半径。 例如： KV2表示V形缺口试样在2mm摆锤刀 刃下的冲击吸收能量。KU8表示U形缺口试样在8mm摆锤刀刃下的冲击吸收能量。 一次摆锤冲击试验原理 冲击韧性 冲击吸收能量越大，材料的韧性越好，越可以承受较大的冲击载荷。一般把冲击吸收能量低的材料称为脆性材料，而将冲击吸收能量高的材料称为韧性材料，脆性材料断裂前无明显塑性变形，韧性材料在断裂前有明显的塑性变形。 对于同一种材料，随着温度的降低，韧性材料可以转变为脆性材料，使韧性材料转变为脆性材料的温度称为韧脆转变温度。韧脆转变温度决定了金属材料的使用温度。 一次摆锤冲击试验测定的冲击吸收能量 K是一个由强度和塑性共同决定的综合力学性能指标，不能直接用于零件和构件的设计计算，但是一个重要参考。 冲击韧性 小能量多次冲击试验 在工程实际中，承受冲击载荷的机件，除了弹壳、装甲板、石油射孔枪等外，很少因为一次大能量冲击而遭到破坏，绝大多数是在小能量多次