第一章 金屬材料及熱處理基礎(chǔ)知識

1、應(yīng)用應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域中的材料，如在機械工業(yè)中，建筑于各種工程領(lǐng)域中的材料，如在機械工業(yè)中，建筑及橋及橋 梁梁中，等等，中，等等，統(tǒng)稱為工程材料統(tǒng)稱為工程材料。 其中其中用來制造各種機電產(chǎn)品的材料，用來制造各種機電產(chǎn)品的材料，稱為機械工程稱為機械工程材料材料. 主要包括主要包括： 1）金屬材料：鋼，鑄鐵，銅及銅合金，等等。）金屬材料：鋼，鑄鐵，銅及銅合金，等等。 2）非金屬材料：塑料，橡膠，工業(yè)陶瓷，等等。）非金屬材料：塑料，橡膠，工業(yè)陶瓷，等等。 3）復(fù)合材料：由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料復(fù)合而成的）復(fù)合材料：由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料復(fù)合而成的 多相材料。多相材料。 金屬材料金屬材料

2、是制造機器的最主要材料是制造機器的最主要材料。 1、金屬材料按含金屬元素數(shù)量的多少分為：、金屬材料按含金屬元素數(shù)量的多少分為： 1）純金屬）純金屬(一種金屬一種金屬). 2）合金（以一種金屬為基）合金（以一種金屬為基+其他金屬或非金屬）其他金屬或非金屬） 第一章第一章 金屬材料及熱處理基礎(chǔ)知識金屬材料及熱處理基礎(chǔ)知識 2、 金屬材料按是否含金屬材料按是否含fe元素分為：元素分為： 1）黑色金屬：鐵族材料，指）黑色金屬：鐵族材料，指fe及以及以fe為基的合金。為基的合金。 鋼：碳鋼，合金鋼，特殊性能鋼等。鋼：碳鋼，合金鋼，特殊性能鋼等。 鑄鐵：灰鑄鐵，球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵，蠕墨鑄鐵等。鑄鐵：灰鑄鐵

3、，球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵，蠕墨鑄鐵等。 2）有色金屬：非鐵族材料，指黑色金屬以外的所有）有色金屬：非鐵族材料，指黑色金屬以外的所有 金屬及合金。金屬及合金。 銅及銅合金。銅及銅合金。 鋁及鋁合金，等等。鋁及鋁合金，等等。 3）粉末金材料）粉末金材料 在機械制造中應(yīng)用的金屬以黑色金屬為主，占在機械制造中應(yīng)用的金屬以黑色金屬為主，占90%以以 上。上。 那么，為什么金屬材料或者黑色金屬材料是用來制造那么，為什么金屬材料或者黑色金屬材料是用來制造 機器的最主要材料？這是因為：機器的最主要材料？這是因為： 其具有優(yōu)良的機械性能（力學性能）、工藝性能，并其具有優(yōu)良的機械性能（力學性能）、工藝性能，并 具較好

4、的物理性能及化學穩(wěn)定性。具較好的物理性能及化學穩(wěn)定性。 那么，什么是金屬材料的機械性能（力學性能）？什那么，什么是金屬材料的機械性能（力學性能）？什 么是金屬材料的工藝性能？什么是金屬材料的物理性么是金屬材料的工藝性能？什么是金屬材料的物理性 能及化學性能？能及化學性能？ 第第1節(jié)節(jié) 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能 力學性能力學性能：金屬在不同環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)）下，：金屬在不同環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)）下， 承受外加載荷作用時所表現(xiàn)的行為。這種行為通常表承受外加載荷作用時所表現(xiàn)的行為。這種行為通常表 現(xiàn)為金屬的變形和斷裂?，F(xiàn)為金屬的變形和斷裂。因此，金屬材料的力學性能因此，金屬材料的力學

5、性能 可以理解為金屬抵抗外加載荷引起的變形和斷裂的能可以理解為金屬抵抗外加載荷引起的變形和斷裂的能 力。力。 常見的力學性能有：強度、塑性、剛度、彈性、常見的力學性能有：強度、塑性、剛度、彈性、 硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和疲勞。硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和疲勞。 “失效現(xiàn)象失效現(xiàn)象”：如果金屬材料對變形和斷裂的抗力與：如果金屬材料對變形和斷裂的抗力與 服役條件不相適應(yīng)，就會使機件失去預(yù)定的效能而損服役條件不相適應(yīng)，就會使機件失去預(yù)定的效能而損 壞。壞。 常見的失效形式有斷裂、磨損、過量彈性變形和過常見的失效形式有斷裂、磨損、過量彈性變形和過 量塑性變形。量塑性變形。 第一節(jié)第一節(jié) 剛度、強度、塑

6、性剛度、強度、塑性 1 1、拉伸試樣、拉伸試樣 試驗前在試棒上打出試驗前在試棒上打出標距標距 按國標規(guī)定標準拉伸試樣可分為：按國標規(guī)定標準拉伸試樣可分為： ) ) 板形試樣：原材料為板材或帶材板形試樣：原材料為板材或帶材 ) ) 圓形試樣圓形試樣：長試樣：長試樣l l0 010d10d0 0，短試樣短試樣l l0 0=5d=5d0 0 其中：其中：l l0 0為試樣標距，為試樣標距，d d0 0為試樣直徑為試樣直徑 一、拉伸試驗與拉伸曲線一、拉伸試驗與拉伸曲線 剛度、強度、彈性和塑性是根據(jù)剛度、強度、彈性和塑性是根據(jù)拉伸試驗拉伸試驗測定出測定出 來的。來的。 2 2、拉伸過程、拉伸過程 將試樣

7、裝在拉力試驗機夾頭上，緩慢加載，直將試樣裝在拉力試驗機夾頭上，緩慢加載，直 到把試樣拉斷為止，通過自動記錄裝置得到試樣所到把試樣拉斷為止，通過自動記錄裝置得到試樣所 受載荷受載荷f f和伸長量和伸長量l l的關(guān)系曲線稱為拉伸曲線；的關(guān)系曲線稱為拉伸曲線； 并由此測定該金屬的強度、剛度、彈性和塑性。并由此測定該金屬的強度、剛度、彈性和塑性。 ）當載荷不超）當載荷不超f fp時，力時，力 伸長曲線伸長曲線o op為一直線，為一直線， 即試樣的伸長量與載荷即試樣的伸長量與載荷 成正比地增加，完全胡成正比地增加，完全胡 克定律，試樣處于彈性克定律，試樣處于彈性 變形階段。變形階段。載荷在載荷在f fp

8、-f-fe 間，試樣的伸長量與載間，試樣的伸長量與載 荷已不再成正比關(guān)系，荷已不再成正比關(guān)系， 力伸長曲線不成直線，力伸長曲線不成直線， 但試樣仍處于彈性變形但試樣仍處于彈性變形 階段。階段。 拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線：拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線： ）載荷超過）載荷超過fefe后，試后，試 樣開始有塑性變形產(chǎn)生。樣開始有塑性變形產(chǎn)生。 當載荷達到當載荷達到fsfs時，試樣時，試樣 開始產(chǎn)生明顯的塑性變開始產(chǎn)生明顯的塑性變 形，在力伸長曲線上形，在力伸長曲線上 出現(xiàn)了水平的或鋸齒形出現(xiàn)了水平的或鋸齒形 的線段，這種現(xiàn)象稱為的線段，這種現(xiàn)象稱為 “屈服屈服”。 拉伸試

9、驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線：拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線： ）當載荷繼續(xù)增加到）當載荷繼續(xù)增加到 某一最大值某一最大值f fb時，試樣的時，試樣的 局部截面縮小，產(chǎn)生所局部截面縮小，產(chǎn)生所 謂謂“縮頸縮頸”現(xiàn)象。由于現(xiàn)象。由于 試樣局部截面的逐漸減試樣局部截面的逐漸減 小，故載荷也逐漸降低，小，故載荷也逐漸降低， 當達到拉伸曲線上當達到拉伸曲線上k k點時，點時， 試樣隨即斷裂。試樣隨即斷裂。 拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線：拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線： ）由力伸長曲線可）由力伸長曲線可 見，斷裂時試樣總伸長見，斷裂時試樣總伸長 ofof中中g(shù)fgf

10、是彈性變形，是彈性變形， og(og(l lk) )是塑性變形。塑是塑性變形。塑 性變形中性變形中ohoh（l lb）是試）是試 樣產(chǎn)生縮頸前的均勻變樣產(chǎn)生縮頸前的均勻變 形，形，hghg（l lu）是頸部的）是頸部的 集中變形。集中變形。 拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線：拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線： gf .應(yīng)力與應(yīng)變曲線應(yīng)力與應(yīng)變曲線 0 f a 0 l l 二、剛度和彈性二、剛度和彈性 剛度：剛度：表征金屬材料抵抗彈性變形表征金屬材料抵抗彈性變形 的能力的能力 弱性模量弱性模量e：表示引起單位變形時所表示引起單位變形時所 需要的應(yīng)力。即材料的需要的應(yīng)力。即材料的e

11、越大，產(chǎn)生越大，產(chǎn)生 的彈性變形越小，剛度越大。的彈性變形越小，剛度越大。 e值主要取決于材料的本性；值主要取決于材料的本性； 提高剛度的方法有增加橫截面積或提高剛度的方法有增加橫截面積或 改變截面形狀。改變截面形狀。 、彈性極限、彈性極限 彈性極限彈性極限e：是材料在不產(chǎn)生塑性：是材料在不產(chǎn)生塑性 變形時所能承受的最大應(yīng)力值。變形時所能承受的最大應(yīng)力值。 式中式中fe試樣在不產(chǎn)生塑性變形時試樣在不產(chǎn)生塑性變形時 的最大載荷；的最大載荷； a試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積 彈性極限是工作中不允許有微量塑性變形零件彈性極限是工作中不允許有微量塑性變形零件(如如 精密的彈性元件、炮筒等精密的

12、彈性元件、炮筒等)的設(shè)計與選材的重要依據(jù)。的設(shè)計與選材的重要依據(jù)。 （三）彈性比功（三）彈性比功 彈性比功：彈性比功：又稱彈性比能或應(yīng)變能，它表示材料發(fā)生彈性變形又稱彈性比能或應(yīng)變能，它表示材料發(fā)生彈性變形 時可吸收能量的能力，在卸載時，又能完全釋放能量而使材料恢復(fù)時可吸收能量的能力，在卸載時，又能完全釋放能量而使材料恢復(fù) 原狀。原狀。 金屬材料的彈性比功可用上圖所示的應(yīng)力金屬材料的彈性比功可用上圖所示的應(yīng)力應(yīng)變曲線下影線應(yīng)變曲線下影線 面積表示。面積表示。 彈簧彈簧是典型的彈性零件，主要起緩沖和儲存能量的作用，它是典型的彈性零件，主要起緩沖和儲存能量的作用，它 要求材料具有大的彈性比功，由于

13、彈性模量要求材料具有大的彈性比功，由于彈性模量e對組織不敏感，故只對組織不敏感，故只 有通過合金化、熱處理和冷塑性變形等方法來提高材料的彈性極有通過合金化、熱處理和冷塑性變形等方法來提高材料的彈性極 限限e ，從而提高其彈性比功。，從而提高其彈性比功。 三、強三、強 度度 強度強度金屬材料在外力作用下永久抵抗變形和斷裂金屬材料在外力作用下永久抵抗變形和斷裂 的能力的能力。按作用力性質(zhì)不同，可分為屈服強度（屈服點）按作用力性質(zhì)不同，可分為屈服強度（屈服點） 及抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。及抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。 在工程上常用來表示金屬材料強度的指標有屈服強度在工

14、程上常用來表示金屬材料強度的指標有屈服強度 和抗拉強度。和抗拉強度。 分分 類類 拉力拉力屈服強度、抗拉強度屈服強度、抗拉強度 壓力壓力抗壓強度抗壓強度 彎曲力彎曲力抗彎強度抗彎強度 剪切力剪切力抗剪強度抗剪強度 1.屈服屈服強度（強度（屈服極限、屈服極限、屈服點）：屈服點）： 當載荷增達到當載荷增達到s點點時，拉伸曲線出現(xiàn)了平臺，即試時，拉伸曲線出現(xiàn)了平臺，即試 樣所承受的載荷幾乎不變，但塑性變形不斷增加，這樣所承受的載荷幾乎不變，但塑性變形不斷增加，這 種現(xiàn)象稱為屈服。種現(xiàn)象稱為屈服。 屈服點和 屈服點和條件屈服強度條件屈服強度0.2是指在外力作用下開始是指在外力作用下開始 產(chǎn)生明顯塑性變

15、形的最小應(yīng)力。用產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力。用s表示。表示。 計算公式計算公式: s= fs s0 條件屈服強度條件屈服強度0.2 有些金屬材料有些金屬材料在在拉伸試驗中沒有明顯的屈服現(xiàn)象拉伸試驗中沒有明顯的屈服現(xiàn)象 發(fā)生，發(fā)生，為了為了衡量這些材料的屈服衡量這些材料的屈服特性，特性，規(guī)定產(chǎn)生永久規(guī)定產(chǎn)生永久 殘余變形等于一定值殘余變形等于一定值(一般一般為標距長度為標距長度的的0.2%)時的時的應(yīng)應(yīng) 力，稱為力，稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度條件屈服強度或簡稱屈服強度0.2 。 f0.2 a0 0.2= f0.2試樣標距產(chǎn)生試樣標距產(chǎn)生.% 殘余伸長時的載荷；殘余伸長時的載荷； a0試樣的原

16、始橫截面積試樣的原始橫截面積 。 b= fb s0 fb試樣在破斷前所試樣在破斷前所 承受的載荷；承受的載荷； a0試樣的原始橫截面試樣的原始橫截面 積。積。 計算公式計算公式: 2、 抗拉強度（抗拉強度（強度極限強度極限）:材料承受最大載荷時的應(yīng)力。材料承受最大載荷時的應(yīng)力。 用用b表示。表示。 抗拉強度抗拉強度b是表示塑性材料抵抗大量均勻塑性變形的能力。脆是表示塑性材料抵抗大量均勻塑性變形的能力。脆 性材料在拉伸過程中，沒有縮頸，抗拉強度性材料在拉伸過程中，沒有縮頸，抗拉強度b是就的斷裂強度。是就的斷裂強度。 1）伸長率（）伸長率（ ） 伸長率是指試樣拉斷伸長率是指試樣拉斷 后標距增長量與

17、原始后標距增長量與原始 標距的百分比，即：標距的百分比，即： lk-l0 l0 100% = lk試樣拉斷后的標距試樣拉斷后的標距,mm; l0試樣的原始標距試樣的原始標距,mm。 四、塑性的衡量（塑性指標）：伸長率四、塑性的衡量（塑性指標）：伸長率 和斷面收縮率和斷面收縮率 2）斷面收縮率（）斷面收縮率（ ） 斷面收縮率是指試樣斷面收縮率是指試樣 拉斷處橫截面積的縮拉斷處橫截面積的縮 減量與原始橫截面積減量與原始橫截面積 的百分比，即：的百分比，即： a0-ak a0 =100% a0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積,mm2； a1試樣斷裂處的最小橫截面積試樣斷裂處的最小橫截面積,mm2 。

18、 、越大，材料塑性越好。越大，材料塑性越好。 1.布氏硬度布氏硬度hb 用直徑用直徑d d的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球, ,在一定壓力在一定壓力p p 下下, ,將鋼球垂直地壓入金屬表面將鋼球垂直地壓入金屬表面, ,并保持壓力到規(guī)定并保持壓力到規(guī)定 的時間后卸荷的時間后卸荷, ,測壓痕直徑測壓痕直徑d.d. 布氏硬度試驗原理圖布氏硬度試驗原理圖 第二第二節(jié)節(jié) 硬度硬度 硬度硬度: 材料材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。能力。 測量硬度方法最常用的是測量硬度方法最常用的是壓入硬度法壓入硬度法，它是用一定幾，它是用一定幾 何形狀的壓頭，在一定試驗力下，壓入被

19、測試的金屬材何形狀的壓頭，在一定試驗力下，壓入被測試的金屬材 料表面，根據(jù)被壓入程度來測定其硬度值。料表面，根據(jù)被壓入程度來測定其硬度值。 用同樣的壓頭，在相同試驗力作用下，壓入金屬材料用同樣的壓頭，在相同試驗力作用下，壓入金屬材料 表面時，若壓入程度愈大，則材料的硬度值愈低；反之，表面時，若壓入程度愈大，則材料的硬度值愈低；反之， 硬度值就愈高。硬度值就愈高。 金屬材料金屬材料的硬度可用硬度儀來測試，常用的硬指標有的硬度可用硬度儀來測試，常用的硬指標有 布氏硬度、洛氏硬度等。布氏硬度、洛氏硬度等。 、布氏硬度、布氏硬度 用直徑為用直徑為d的的球體球體（硬質(zhì)合金球或鋼球）（硬質(zhì)合金球或鋼球），

20、在規(guī)定，在規(guī)定 試驗力試驗力f的作用下壓入被測金屬的表面，保持規(guī)定時間后的作用下壓入被測金屬的表面，保持規(guī)定時間后 卸除載荷，測量試樣表面壓痕的直徑卸除載荷，測量試樣表面壓痕的直徑d，由此計算壓痕的由此計算壓痕的 球缺面積球缺面積s，用壓痕單位面積的平均壓力（用壓痕單位面積的平均壓力（f/s）作為測試作為測試 金屬的布氏硬度值。金屬的布氏硬度值。 測定條件：測定條件： 壓頭壓頭為淬火鋼球時為淬火鋼球時, , 以以hbshbs表示表示, ,可測可測 450 450的材料；的材料； 壓頭為硬質(zhì)合金時壓頭為硬質(zhì)合金時, , 以以hbwhbw表示表示, ,可測可測650650的材料。的材料。 壓頭直徑

21、有壓頭直徑有1010、5 5、2.52.5、2 2、1 1mmmm五種。五種。 布氏硬度計 2 n hbw mm 壓入載荷（ ） 壓痕的表面積（） 22 2 0.102 () f d ddd 壓頭是直徑為壓頭是直徑為d的鋼球或硬質(zhì)合金球。的鋼球或硬質(zhì)合金球。 壓頭直徑有壓頭直徑有1010、5 5、2.52.5、2 2、1 1mmmm五種。五種。 布氏硬度表示方法：布氏硬度表示方法： 硬度符號硬度符號hbshbs或或hbwhbw之前的數(shù)字表示硬度值，符號之前的數(shù)字表示硬度值，符號 后面的后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑數(shù)字按順序分別表示球體直徑mmmm、載荷載荷kgfkgf （ n n ）及載荷

22、）及載荷保持時間保持時間。 如如:120:120hbs10/1000/30hbs10/1000/30表示直徑為表示直徑為1010mmmm的鋼球在的鋼球在 10001000kgfkgf（9.807kn9.807kn）載荷作用下保持載荷作用下保持3030s s，測，測得的布得的布 氏硬度值為氏硬度值為120120。 600hbw1/30/20 600hbw1/30/20表示用直徑表示用直徑1mm1mm的硬質(zhì)合金球，在的硬質(zhì)合金球，在 kgfkgf（292.4n292.4n）載荷作用下保持）載荷作用下保持s s，測得的布氏，測得的布氏 硬度值為硬度值為600600。 布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)

23、穩(wěn)定。布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓 頭還硬的材料。頭還硬的材料。 適于測量灰鑄鐵、非鐵合金及較軟鋼材的硬度。適于測量灰鑄鐵、非鐵合金及較軟鋼材的硬度。 另外：材料的另外：材料的 b b與與hbhb之間的經(jīng)驗關(guān)系：之間的經(jīng)驗關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: : b b( (mpampa) )3.6hb3.6hb 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b b( (mpampa) )3.4hb3.4hb 對于灰鑄鐵：對于灰鑄鐵： b b( (mpampa) )1hb1hb 或或 b b( (mpampa) ) 0.6(

24、hb-40) 0.6(hb-40) 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 材料材料 布氏硬度布氏硬度 鋼、鎳合金、鈦合金鋼、鎳合金、鈦合金 鑄鐵鑄鐵 14030 銅及其合金銅及其合金 200 5 10 30 輕金屬及其合金輕金屬及其合金 80 2.5 10(5、15) 10(或或15) 鉛、錫鉛、錫 1 、洛氏硬度、洛氏硬度 用一個頂角用一個頂角1201200 0的金剛石圓錐體或一定直徑的鋼球的金剛石圓錐體或一定直徑的鋼球 或硬質(zhì)合金球為壓頭或硬質(zhì)合金球為壓頭，在規(guī)定試驗力作用下壓入被測試在規(guī)定試驗力作用下壓入被測試 金屬表面，金屬表面，由壓頭在金屬表面所形成的壓痕深度來確定由壓頭在金屬表面所形成的壓痕深度來確定

25、 其硬度值。其硬度值。 洛氏硬度計 3-33-3為卸除主試驗力后，由于被測試金屬彈性變?yōu)樾冻髟囼灹螅捎诒粶y試金屬彈性變 形恢復(fù)，而使壓頭略為提高時的位置。這時，壓形恢復(fù)，而使壓頭略為提高時的位置。這時，壓 頭實際壓入試樣的深度為頭實際壓入試樣的深度為h h3 3。故由主試驗力引起故由主試驗力引起 的塑性變形而產(chǎn)生的殘余壓痕深度的塑性變形而產(chǎn)生的殘余壓痕深度h=hh=h3 3-h-h1 1，并以，并以 此來衡量被測試金屬的硬度。此來衡量被測試金屬的硬度。 上圖表示金剛石圓錐壓上圖表示金剛石圓錐壓 頭的金屬洛氏硬度試驗原頭的金屬洛氏硬度試驗原 理。理。圖中圖中0-00-0為圓錐壓頭為圓錐壓頭

26、 的初始位置；的初始位置；1-11-1為在初為在初 試驗力作用下，壓頭壓入試驗力作用下，壓頭壓入 深度為深度為h1h1時的位置；時的位置；2-22-2 為在總試驗力（初試驗力為在總試驗力（初試驗力 + +主試驗力）作用下，壓主試驗力）作用下，壓 頭壓入深度為頭壓入深度為h h2時的位置；時的位置； h h（ h=h h=h3-h-h1 ）愈大，被測試金屬的硬度愈低；反之，則）愈大，被測試金屬的硬度愈低；反之，則 愈高。根據(jù)愈高。根據(jù)h h值及常數(shù)值及常數(shù)n n和和s s，用下式計算洛氏硬度：，用下式計算洛氏硬度： 洛氏硬度洛氏硬度n n h/s h/s n n給定標尺的數(shù)值，給定標尺的數(shù)值，a

27、 a、c c標尺為標尺為100100；b b標尺為標尺為130130。 s- s-給定標尺的單位，通常取給定標尺的單位，通常取0.0020.002mmmm； h h殘余壓痕深度殘余壓痕深度mmmm。 洛氏硬度的分類及應(yīng)用洛氏硬度的分類及應(yīng)用 標尺標尺 硬度硬度 符號符號 壓頭壓頭 總載荷總載荷 （kg） (n) 應(yīng)用范應(yīng)用范 圍圍 適用材料適用材料 ahra 120金剛金剛 石圓錐石圓錐 60 （588.4n） 7085 硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金、 表面淬火的鋼表面淬火的鋼 bhrb 1.588mm 鋼球鋼球 100 (980.7n) 25100 軟鋼、退火鋼、軟鋼、退火鋼、 銅合金銅合金 chrc

28、 120金剛金剛 石圓錐石圓錐 150 (1471n) 2067淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等 洛氏硬度符號為洛氏硬度符號為hr， 其中其中hrc應(yīng)用最廣，測量應(yīng)用最廣，測量 范圍是范圍是2070。例如某零例如某零 件硬度件硬度50hrc，表示用，表示用c 標尺測定該零件表面的洛標尺測定該零件表面的洛 氏硬度值為氏硬度值為50。 實際測量時，硬度值一般均由硬度計的刻度盤實際測量時，硬度值一般均由硬度計的刻度盤 上直接讀出。上直接讀出。 優(yōu)點優(yōu)點：是操作迅速簡便，由于壓痕較小，可在是操作迅速簡便，由于壓痕較小，可在 成品表面或較薄的金屬上進行試驗。同時，采用成品表面或較薄的金屬上進行試驗。同時

29、，采用 不同標尺，可測出從極軟到極硬材料的硬度。不同標尺，可測出從極軟到極硬材料的硬度。 缺點：缺點：是因壓痕較小，對組織比較粗大且不均是因壓痕較小，對組織比較粗大且不均 勻的材料，測得的硬度不夠準確。故需測定三點，勻的材料，測得的硬度不夠準確。故需測定三點， 取其算術(shù)平均值。取其算術(shù)平均值。 一般用于測試淬火鋼。一般用于測試淬火鋼。 三、維氏硬度三、維氏硬度 用一個用一個金剛石正四棱錐體壓頭，金剛石正四棱錐體壓頭，在規(guī)定試驗力在規(guī)定試驗力f f作用作用 下壓入被測試金屬表面，保持一定時間后卸除試驗力，下壓入被測試金屬表面，保持一定時間后卸除試驗力，然然 后再測量壓痕投影的兩對角線的平均長度后

30、再測量壓痕投影的兩對角線的平均長度d d，進而計算出，進而計算出 壓痕的表面積壓痕的表面積s s，用，用f/sf/s作為被測試金屬的硬度值，作為被測試金屬的硬度值，符號符號hvhv。 數(shù)顯維氏硬度計數(shù)顯維氏硬度計 維氏硬度符號維氏硬度符號hv之前的數(shù)值為硬度值，之前的數(shù)值為硬度值，hv后面的數(shù)后面的數(shù) 值依次表示試驗力值（單位為值依次表示試驗力值（單位為kgf）和試驗力保持時間）和試驗力保持時間 （保持時間為（保持時間為10-15s時不標注）時不標注） 例如：例如：640hv30表示在試驗力表示在試驗力294.2n下，保持下，保持10-15s測測 得的維氏硬度值為得的維氏硬度值為640。 64

31、0hv30/20表示在試驗力為表示在試驗力為294.2n下，保持下，保持20s測測 得的維氏硬度值為得的維氏硬度值為640。 維氏硬度特點：維氏硬度特點：載荷小，壓入深度淺，可測試表載荷小，壓入深度淺，可測試表 面淬硬層及化學熱處理的面淬硬層及化學熱處理的滲層等。滲層等。 應(yīng)用：應(yīng)用：滲碳層、陶瓷、鋼、有色金屬、薄板、滲碳層、陶瓷、鋼、有色金屬、薄板、 金屬薄片、電鍍層、微小物體材料，熱處理碳化金屬薄片、電鍍層、微小物體材料，熱處理碳化 層、脫碳層和淬火硬化層的硬度測量。層、脫碳層和淬火硬化層的硬度測量。 第三節(jié)第三節(jié) 沖擊韌度沖擊韌度 沖擊載荷：沖擊載荷：以很大速度作用于工件上的載荷。以很大

32、速度作用于工件上的載荷。 受沖擊載荷作用的零件受沖擊載荷作用的零件：沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、內(nèi)燃機的活塞沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、內(nèi)燃機的活塞 銷與連桿、風動工具。銷與連桿、風動工具。 對于承受沖擊載荷的零件來說，僅具有足夠的靜載強度指標是對于承受沖擊載荷的零件來說，僅具有足夠的靜載強度指標是 不夠的，還必須具有足夠抵抗沖擊載荷的能力不夠的，還必須具有足夠抵抗沖擊載荷的能力 沖擊韌性：沖擊韌性：金屬材料在沖擊載荷作用下，抵抗破壞金屬材料在沖擊載荷作用下，抵抗破壞 的能力。的能力。 沖擊試驗的標淮試樣有兩種，如下圖所示：沖擊試驗的標淮試樣有兩種，如下圖所示： 夏比夏比u型缺口試樣夏比型缺口試樣夏比

33、v型缺口試樣型缺口試樣 試驗方法試驗方法：試驗時，將試樣放在試驗機兩支座上，把質(zhì)量為試驗時，將試樣放在試驗機兩支座上，把質(zhì)量為m m 的擺錘抬到的擺錘抬到h h高度，使擺錘具有位能高度，使擺錘具有位能mhg(gmhg(g為重力加速度為重力加速度) )。然后釋然后釋 放擺錘，將試樣沖斷，并向另一方向升高到放擺錘，將試樣沖斷，并向另一方向升高到h h高度，這時擺錘具有高度，這時擺錘具有 位能為位能為mhgmhg。故擺錘沖斷試樣失去的位能為故擺錘沖斷試樣失去的位能為mhg-mhgmhg-mhg，這就是試樣，這就是試樣 變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功akak。

34、即。即 a ak k = mgh- mgh = mgh- mgh 根據(jù)兩種試樣缺口形狀不同，沖擊吸收功分別用根據(jù)兩種試樣缺口形狀不同，沖擊吸收功分別用a akuku和和a akvkv表示，表示， 單位為焦耳（單位為焦耳（j j）。）。 脆性材料：沖擊脆性材料：沖擊 吸收功值低的材料吸收功值低的材料 韌性材料：沖擊韌性材料：沖擊 吸收功值高的材料吸收功值高的材料 沖擊試驗的應(yīng)用：沖擊試驗的應(yīng)用：測定金屬材料開始發(fā)生冷脆現(xiàn)象的溫度測定金屬材料開始發(fā)生冷脆現(xiàn)象的溫度 冷脆現(xiàn)象：冷脆現(xiàn)象：有些材料在室溫有些材料在室溫2020度左右試驗時并不顯示度左右試驗時并不顯示 脆性，而在低溫下則可能發(fā)生脆斷。脆性

35、，而在低溫下則可能發(fā)生脆斷。 從上圖可知，從上圖可知，沖擊吸收功隨溫度的降低而減小，當試沖擊吸收功隨溫度的降低而減小，當試 驗溫度降低到某一溫度范圍時，沖擊吸收功急劇降低，使驗溫度降低到某一溫度范圍時，沖擊吸收功急劇降低，使 試樣的斷口由韌性斷口過渡為脆性斷口，試樣的斷口由韌性斷口過渡為脆性斷口，這個溫度范圍稱這個溫度范圍稱 為韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍。為韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍。 titanictitanic 建造中的建造中的titanic titanic 號號 titanictitanic的沉沒與的沉沒與 船體材料的質(zhì)量直船體材料的質(zhì)量直 接有關(guān)接有關(guān) titanic titanic 號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖） 的沖擊試驗結(jié)果的沖擊試驗結(jié)果 脆性材料：在斷裂前無明顯的塑性變形，斷口較平整、脆性材料：在斷裂前無明顯的塑性變形，斷口較平整、 呈晶狀或瓷狀，有金屬光澤；呈晶狀或瓷狀，有金屬光澤； 韌性材料：在斷裂前有明顯的塑性變形，斷口呈纖維狀韌性材料：在斷裂前有明顯的塑性變形，斷口呈纖維狀 ，無光澤。，無光澤。 titanic近代船用鋼板近代船用鋼板 1 1、裂紋擴展的基本形式、裂紋擴