課題三金屬材料的硬度韌性及疲勞強度

1、課題三金屬材料的硬度韌性及疲勞強度第1頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度 圖1-4布氏硬度試驗原理示意圖圖1-4布氏硬度試驗原理示意圖第2頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度 布氏硬度表示方法及特點布氏硬度的表示方法如下： 硬度值硬度符號試驗條件。例如：210HBS10/1000/30表示用10mm直徑的淬火鋼球作為壓頭，在1000 kgf作用下，保持時間為30秒，測得的布氏硬度值為210；500HBW5/750表示用5mm直徑的硬質合金球壓頭，在750 kgf作用下，保持10

2、15秒（持續(xù)時間1015秒時，可以不標注），測得的布氏硬度值為500。 第3頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度布氏硬度試驗時，當用淬火鋼球作為壓頭時，用HBS表示，適用于布氏硬度低于450的材料；當用硬質合金球作為壓頭時，用HBW表示，適用于硬度值在450650的材料。第4頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度 布氏硬度的優(yōu)點： 壓痕面積較大，能較好反映材料的平均硬度；數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，重復性好。缺點是：測試麻煩，壓痕較大，不適合測量成品及薄件材料。目前，布氏硬度主要用于鑄鐵、非鐵金屬

3、（如滑動軸承合金等）及經(jīng)過退火、正火和調質處理的鋼材。第5頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度 洛氏硬度 原理洛氏硬度試驗法是目前應用最廣泛的硬度測試方法，它是直接用壓痕深度來確定硬度值的。試驗時，用頂角為120金剛石圓錐體或者用直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭，先加初載荷為98.07N(10kgf)，再加規(guī)定的主載荷，將壓頭壓入金屬材料的表面，卸去主載荷后，根據(jù)壓頭壓入的深度最終確定其硬度值。 第6頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度硬度是衡量金屬材料軟硬的指標，是力學性

4、能中最常用的性能之一。 硬度的測定方法有一般分為壓入法、刻劃法、回跳法三類。壓入法包括布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度等；刻劃法包括莫氏硬度等；回跳法包括肖氏硬度等。生產(chǎn)中常用的是壓入法，生產(chǎn)中應用廣泛的硬度測試方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。硬度是一個由材料的彈性、強度、塑性、韌性等一系列不同力學性能組成的綜合性能指標。第7頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度 試驗原理如圖1-5所示 圖1-5 洛氏硬度試驗原理示意圖第8頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度洛氏硬度的

5、表示方法洛氏硬度沒有單位，是一個無量綱的力學性能指標。最常用的是A、B、C三種標尺，分別記作HRA、HRB、HRC。表1-3給出了三種標尺的實驗規(guī)范及應用范圍洛氏硬度的表示方法為：硬度值+硬度符號。例如，60HRC表示用C標尺測得的洛氏硬度值為60。第9頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度洛氏硬度的特點及應用洛氏硬度試驗的優(yōu)點：測量迅速簡便，壓痕較小，可用于測量成品零件；缺點是：壓痕較小，測得的硬度值不夠準確，并且各硬度標尺之間沒有聯(lián)系，不同標尺硬度值之間不能直接比較大小。洛氏硬度C標尺應用最廣泛。第10頁，共25頁，2022年，5月2

6、0日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度維氏硬度維氏硬度試驗法原理與布氏硬度基本相同第11頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度第12頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度維氏硬度的表示與應用測出維氏硬度的表式方法為 硬度值硬度符號測試條件。 例如:620HV30/20表示在30kgf (249.3N)載荷作用下，保持20秒測得的維氏硬度值為620，如果保荷時間1015秒可以不標注，如620HV30。維氏硬度適合測定零件表面淬硬層及化學熱處理的表面層等；可以測量

7、極軟到極硬的材料，由于維氏硬度只用一種標尺，材料的硬度可以直接通過維氏硬度值比較大?。挥捎跍y量載荷可任意選擇，所以既可測尺寸厚大的材料，又能測很薄的材料第13頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度金屬材料在斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力，稱為金屬材料的韌性。 由于斷裂前金屬材料所受力的類型、大小不同，材料的韌性也表現(xiàn)為不同的形式，這里介紹沖擊韌性和斷裂韌性。沖擊韌性斷裂韌性第14頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度金屬材料在沖擊載荷作用下，抵抗變形、破壞的能力叫做沖擊韌性。材料

8、沖擊韌性通常用一次沖擊試驗來測定，用沖擊吸收功表示沖擊韌性的大小。第15頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度擺錘式一次沖擊彎曲試驗1-7 擺錘式?jīng)_擊試驗原理第16頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度韌脆轉變溫度范圍通過測定材料在不同溫度下的沖擊吸收功，就可測出某種材料沖擊吸收功與溫度的關系曲線。在某個溫度區(qū)間，沖擊吸收功發(fā)生急劇下降，試樣斷口由韌性斷口過渡為脆性斷口，這個溫度區(qū)間就稱為韌脆轉變溫度范圍。韌脆轉變溫度越低，材料的低溫沖擊性能就越好。第17頁，共25頁，2022年，5

9、月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度圖1-8 沖擊吸收功-溫度曲線溫度 T沖擊吸收功Ak韌脆轉變溫度范圍上平臺下平臺第18頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度沖擊韌性的用途AK是一個由強度和塑性共同決定的綜合性力學性能指標，零件設計時，雖不能直接計算，但它是一個重要參考。主要應用如下：評定材料的低溫脆性情況，可以測定材料的韌脆轉變溫度范圍。評定材料的冶金質量和熱加工產(chǎn)品質量。 評定材料對大能量沖擊載荷的抵抗能力。 第19頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲

10、勞強度疲勞現(xiàn)象 疲勞斷裂是指在變動載荷的作用下，零件經(jīng)過較長時間工作或多次應力循環(huán)后所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象。 疲勞斷裂的特點疲勞斷裂是一種低應力脆斷，斷裂應力低于材料的屈服強度，甚至低于材料的彈性極限； 斷裂前，零件沒有明顯的塑性變形，即使伸長率和斷面收縮率很高的塑性材料也是如此；疲勞斷裂對材料的表面和內部缺陷非常敏感，疲勞裂紋常在表面缺口（如螺紋、刀痕、油孔等）、脫碳層、夾渣物、碳化物及孔洞等處形成；實驗數(shù)據(jù)分散性較大（手冊上的數(shù)據(jù)是統(tǒng)計數(shù)據(jù)）。第20頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度零件疲勞失效的過程零件疲勞失效的過程可分為疲勞裂紋

11、產(chǎn)生、疲勞裂紋擴展和瞬時斷裂三個階段。疲勞斷口一般可明顯地分成三個區(qū)域，即疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)，如圖1-11所示。第21頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度圖1-11 疲勞斷口示意圖1-疲勞源2-擴展區(qū)3-瞬時斷裂第22頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度及韌性疲勞強度疲勞強度是指材料經(jīng)受無限次循環(huán)應力也不發(fā)生斷裂的最大應力值，記作D，就是疲勞曲線中的平臺位置對應的應力。通常，材料的疲勞強度是在對稱彎曲條件下測定的，對稱彎曲疲勞強度記作-1。 第23頁，共25頁，2022年，5月20日，8點19分，星期三課題三 金屬材料的硬度、韌性及疲勞強度提高疲勞強度的途徑合理的選擇材料。 零件設計