金属材料的硬度材料力学性能课件.ppt

《金属材料的硬度材料力学性能课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料的硬度材料力学性能课件.ppt（33页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第 四 章金 属 材 料 的 硬 度 主 要 内 容1. 硬 度 试 验 的 分 类 、 物 理 意 义 和 特 点2. 硬 度 试 验 1） 布 氏 硬 度 2） 洛 氏 硬 度 3） 维 氏 硬 度 4） 显 微 硬 度 显微维氏硬度、显微努氏硬度 5） 肖 氏 硬 度 一、硬度试验的分类、物理意义和特点 1. 硬度试验的分类硬度试验 静 载压 入 法刻 划 法压 入 法 加 载 速 度 载 荷 、 压 头表 示 方 法 布 氏 硬 度洛 氏 硬 度维 氏 硬 度显 微 硬 度肖 氏 硬 度动 载压 入 法刻 划 法 只 能 对 硬 度 作 定 性 评 估 ， 工 程 中 已 经 很 少

2、使 用或 者 ： 压 入 法 、 回 跳 法 、 刻 划 法 2. 硬度试验的物理意义 1）压入法：材 料 表 面 抵 抗 物 体 压 入 引 起 的 塑 性 变 形 的 抗 力 2）刻划法：材 料 抵 抗 表 面 局 部 断 裂 的 能 力 3）回跳法：材 料 弹 性 变 形 功 的 大 小 硬度值：表 征 材 料 的 弹 性 、 塑 性 、 形 变 强 化 、 强 度 和 韧 性等 一 系 列 不 同 物 理 量 组 合 的 一 种 综 合 性 能 指 标 3. 硬度试验的特点 1） 应 力 状 态 软 性 系 数 最 大 （ 2） ， 塑 性 和 脆 性 材 料 都 可 以测 量 ， 甚

3、 至 像 玻 璃 、 陶 瓷 、 金 刚 石 等 脆 性 材 料 ， 在 硬 度 试 验 时 ，也 表 现 为 塑 性 状 态 2） 实 验 方 法 简 单 ， 无 须 加 工 试 样 3） 造 成 的 表 面 损 伤 小 ， 基 本 属 于 “ 无 损 ” 或 微 损 检 测 范 围 4） 与 其 他 静 载 荷 下 的 力 学 性 能 指 标 之 间 存 在 一 定 关 系 ， 如可 以 由 硬 度 大 致 推 测 强 度 值 5） 测 量 范 围 大 可 至 多 个 晶 粒 ， 小 可 测 单 个 晶 粒 ， 甚 至 几 个 原 子 范 围 （ 纳 米 压 痕 仪 (NanoIndent

4、er)） 二、硬度试验 1. 布氏硬度 1）布 氏 硬 度 测 试 法 1900年 瑞 典 布 利 奈 尔 (Brinell) 说 明 : a） 布 氏 硬 度 值 的 大 小 是 压 痕 单 位 面 积 上 所 承 受 的 压 力 b） 布 氏 硬 度 值 一 般 不 标 出 单 位 c） 只 要 测 量 出 压 痕 直 径 ， 就 可 以 得 出 硬 度 值 d） 硬 度 值 越 高 ， 表 示 材 料 越 硬 e） 若 测 量 数 据 能 相 互 比 较 ， 必 须 载 荷 和 钢 球 直 径 恒 定 压 痕 相 似 原 理 如 果 只 采 用 一 种 载 荷 和 钢 球 直 径 ， 则

5、 a） 对 于 硬 材 料 合 适 时 ， 对 较 软 材 料 不 合 适 （ 钢 球 全 部 陷 入材 料 内 部 ） b） 对 于 厚 材 料 合 适 时 ， 对 薄 材 料 不 合 适 （ 薄 材 料 被 压 透 ） c） 对 于 大 尺 寸 材 料 合 适 时 ， 对 小 尺 寸 材 料 不 合 适 （ 试 样 不能 有 过 大 的 压 痕 ） 最 终 结 果 ： 不 同 场 合 采 用 不 同 载 荷 和 钢 球 直 径 问 题 ： 对 同 一 材 料 ， 不 同 P和 D必 须 得 到 相 同 的 硬 度 值 解 决 方 法 ： 建 立 P和 D的 匹 配 关 系 ， 使 不 同

6、P和 D形 成 的 压痕 在 几 何 形 状 上 相 似 （ 压 痕 相 似 原 理 ）2）压 痕 相 似 原 理 压 痕 相 似 原 理得 到 相 同 的 硬 度 值压 痕 几 何 形 状 相 似压 入 角 相 等 3） 布 氏 硬 度 实 验 需 要 注 意 的 问 题 a） G B231-84规 定 了 7种 P/D2的 值 ， 不 同 材 料 选 择 不 同 值 b) 先 选 择 压 头 直 径 D， 再 根 据 材 料 性 质 选 P/D2， 最 后 计 算 出 P 根 据 试 样 厚 度 选 择 压 头 直 径 ： 试 样 厚 度 大 于 10倍 的 压 痕深 度 ； 试 样 厚

7、度 足 够 时 ， 选 择 D = 10 mmc） 测 试 时 保 持 所 加 压 力 与 试 样 表 面 垂 直 ， 压 力 施 加 均 匀 平 稳d） 压 力 保 持 时 间 ： 钢 铁 材 料 10s， 有 色 金 属 30s， 软 金 属 60se） 使 用 的 压 头 材 质 不 同 ， 布 氏 硬 度 的 符 号 不 同 H BS 淬 火 钢 球 ； H BW 硬 质 合 金 球f） 硬 度 表 示 法 ： 硬 度 符 号 前 数 字 为 硬 度 值 ， 后 面 数 字 为 实 验 条件 ， 依 次 为 压 头 直 径 (mm)、 压 力 (kgf)和 保 持 时 间 (s) 20

8、0H BS10/3000/30 500H BW5/750（ 保 持 时 间 1015s不 标 注 ） 4） 布 氏 硬 度 实 验 的 优 缺 点 和 适 用 范 围 优 点 ： a） 压 头 直 径 和 压 力 大 ， 因 而 压 痕 面 积 大 ， 能 反 映 较 大 范 围内 材 料 各 组 成 相 综 合 影 响 的 平 均 性 能 ； 适 用 于 灰 铸 铁 、 轴 承 合金 等 具 有 粗 大 晶 粒 或 粗 大 相 的 材 料 b） 压 痕 面 积 大 ， 测 量 不 受 个 别 组 成 相 以 及 微 小 不 均 匀 度 的影 响 ， 实 验 数 据 稳 定 ， 重 复 性 强

9、 c） 布 氏 硬 度 值 和 抗 拉 强 度 存 在 一 定 换 算 关 系 ， 可 制 定 换 算 表 k为 材 料 常 数 kHBb 缺 点 ： a） 压 痕 面 积 大 ， 对 表 面 有 要 求 的 样 品 不 利 ， 需 要 在 图 纸 上注 明 测 量 位 置 b） 不 能 用 于 测 定 薄 壁 件 或 表 面 硬 化 层 的 硬 度 c） 淬 火 钢 球 压 头 测 定 H B450时 压 力 过 大 ， 损 坏 压 头 洛 氏 硬 度 2. 洛氏硬度 1919年 洛 克 威 尔 (Rockwell) 1) 试 验 方 法 ：硬 质 压 头 ： 顶 角为 1200的 金 刚

10、石圆 锥 体 制 成软 质 压 头 ： 直 径为 1.588mm（ 1/16英 寸 ） 的钢 球 用 压 痕 深 度 h的 大 小 来 衡 量 材 料 的 硬 度 说 明 : a） 材 料 越 硬 ， h越 小 ； 材 料 越 软 ， h越 大 人 为 规 定 ： 常 数 K减 去 压 痕 深 度 h的 值 为 洛 氏 硬 度 单 位 ； 压痕 深 度 每 增 加 0.002mm， 硬 度 降 低 1个 单 位 金 刚 石 压 头 ： K = 0.2 mm； 钢 球 压 头 ： K = 0.26 mm b） 采 用 不 同 的 压 头 和 不 同 的 总 载 荷 ， 可 以 组 成 不 同 的

11、 洛 氏 硬度 标 尺 ， 测 定 不 同 硬 度 范 围 c） 测 定 洛 氏 硬 度 ， 试 样 表 面 应 为 平 面 ； 在 圆 柱 面 或 球 面 上 测 量时 ， 硬 度 值 比 真 实 值 低 ， 需 要 修 正 圆 柱 面 球 面 2) 表 面 洛 氏 硬 度 洛 氏 硬 度 载 荷 较 大 ， 不 宜 用 于 测 量 极 薄 试 样 和 表 面 硬 化 层 表 面 洛 氏 硬 度 与 普 通 洛 氏 硬 度 的 不 同 ： a） 预 载 荷 和 总 载 荷 比 较 小 b） 常 数 K = 0.1 mm（ 压 痕 残 余 深 度 为 0.1mm时 的 洛 氏 硬 度为 零 ）

12、 ， 深 度 每 减 小 0.001mm， 表 面 洛 氏 硬 度 升 高 一 个 单 位 3） 洛 氏 硬 度 优 缺 点 优 点 ：a） 硬 度 值 可 从 表 盘 上 直 接 读 出 ， 简 便 迅 速 ， 工 效 高b） 表 面 损 伤 较 小 ， 可 用 于 成 品 零 件 的 质 量 检 验c） 有 预 加 载 荷 ， 可 消 除 表 面 轻 微 不 平 度 对 结 果 的 影 响 缺 点 :a） 洛 氏 硬 度 人 为 定 义 ， 不 同 标 尺 的 洛 氏 硬 度 值 无 法 比 较b） 压 痕 小 ， 硬 度 值 对 组 织 不 均 匀 性 很 敏 感 ， 测 试 结 果 比

13、 较 分 散 ， 重 复 性 差 3. 维氏硬度 1925年 史 密 斯 (Smith)和 桑 兰 德 (Sandland)提 出 维 克 尔 斯(Vickers)工 厂 最 早 使 用 1) 试 验 方 法 ： 压 头 ： 面 间 夹 角 为 1360的 金 刚 石 四 方 角 锥 体 单 位 压 痕 表 面 积 上 承 受的 压 力 说 明 : a） 维 氏 硬 度 与 布 氏 硬 度 定 义 相 同 （ 单 位 压 痕 表 面 积 上 承 受的 压 力 ） ； 压 头 形 状 不 同 ， 加 载 较 小 b） 所 加 载 荷 有 6种 ： 5kgf、 10kgf、 20kgf、 30kg

14、f、 50kgf、100kgf c） d为 两 对 角 线 长 度 平 均 值 d） 维 氏 硬 度 值 一 般 也 不 标 出 单 位 e） 维 氏 硬 度 表 示 方 法 与 布 氏 硬 度 相 同 ： 符 号 前 为 硬 度 值 ，符 号 后 依 次 为 载 荷 大 小 （ kgf） 和 保 持 时 间 （ s） 640H V30/20 3）维 氏 硬 度 优 点 a） 特 别 适 用 于 表 面 硬 化 层 和 薄 片 材 料 的 硬 度 测 定 载 荷 P的 选 择 ： 使 硬 化 层 或 试 样 厚 度 大 于 1.5d 不 知 硬 化 层 厚 度 ： 按 从 小 到 大 的 载

15、荷 顺 序 试 验 ， 直 至 两 相 邻载 荷 得 出 相 同 或 相 近 结 果 试 样 较 厚 ： 尽 可 能 选 择 较 大 载 荷 ， 减 小 对 角 线 测 量 误 差 和 试样 表 面 层 影 响 b）四 方 角 锥 体 压 头 使 各 种 载 荷 下 的 压 痕 几 何 相 似 ， 所 得 硬 度值 均 相 同 ， 不 受 布 氏 硬 度 载 荷 P和 压 头 D的 条 件 约 束 c）测 量 范 围 较 宽 ， 软 硬 材 料 都 可 测 ， 比 洛 氏 硬 度 优 越 （ 不 同标 尺 无 法 比 较 ） d） 压 痕 对 角 线 长 度 易 于 精 确 测 量 ， 精 度

16、 比 布 氏 法 高 ； 硬 度 小于 450H V时 ， 维 氏 硬 度 值 与 布 氏 硬 度 值 大 致 相 同 。 4. 显微硬度 定 义 ： 一 般 指 加 载 小 于 0.2kgf的 硬 度 试 验 分 类 ： 显 微 维 氏 硬 度 和 显 微 努 氏 硬 度 显 微 硬 度 的 特 点 ： a） 布 、 洛 、 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 b） 布 、 洛 、 维 氏 三 种 硬 度 试 验 不 能 测 定 陶 瓷 等 脆 性 材 料 的硬 度 （ 在

17、加 载 条 件 下 易 破 裂 ） ， 显 微 硬 度 可 测 1) 显 微 维 氏 硬 度 与 普 通 维 氏 硬 度 的 相 同 点 ： a） 测 试 方 法 与 维 氏 硬 度 相 同 b） 硬 度 计 算 公 式 相 同 c） 表 示 符 号 仍 然 为 H V 与 普 通 维 氏 硬 度 的 不 同 点 ： 加 载 较 小 ， 压 痕 不 一 定 符 合 几 何 相 似 原 理 ， 测 试 结 果 需要 注 明 载 荷 大 小 340H V0.1(载 荷 为 0.1kgf) 340H V0.05 (载 荷 为 0.05kgf) 实 质 上 是 小 载 荷 的 维 氏 硬 度 2) 显

18、 微 努 氏 硬 度 测 试 方 法 ： 222.14 LPHK 定 义 ：单 位 压 痕 投 影 面 积 上 承 受 的 力 菱 形 压 痕L是 S的 7.11倍 说 明 : a） 努 氏 硬 度 试 验 方 法 还 没 有 国 家 标 准 ， 测 试 载 荷 通 常 为150N b） 试 样 按 照 金 相 试 样 要 求 制 备 c） 压 痕 浅 而 细 长 ， 适 于 测 定 极 薄 层 或 极 薄 零 件 d） 测 量 精 度 和 对 表 面 状 况 的 敏 感 度 更 高 3) 显 微 硬 度 的 特 点 a） 测 定 极 小 范 围 内 的 硬 度 ， 几 乎 不 损 坏 试 样

19、 某 个 晶 粒 、 组 成 相 或 夹 杂 物 的 硬 度 b） 显 微 硬 度 可 测 陶 瓷 、 玻 璃 、 玛 瑙 等 脆 性 材 料 的 硬 度 c） 灵 敏 度 高 特 别 适 合 评 定 细 线 材 的 加 工 硬 化 程 度 5. 肖氏硬度（回跳硬度） 肖 氏 硬 度 ： 动 载 试 验 法 Shore提 出 测 试 原 理 ： 使 一 定 重 量 的 带 有 金 刚 石 圆 头 或 钢 球 的 重 锤 从 高 度 h0落 向 试样 表 面 ， 用 回 跳 高 度 h与 h0的 比 值 计 算 硬 度 K为 肖 氏 硬 度 系 数 h越 高 ， H S越 高 ； 硬 度 值 的

20、 大 小 取 决 于 材 料 的 弹 性 性 质 特 点 ： a） 操 作 简 便 ， 压 痕 小 ， 可 现 场 测 试 b） 精 度 较 低 ， 重 复 性 差 c） 不 同 弹 性 材 料 的 测 试 结 果 不 能 比 较 ， 如 钢 和 橡 胶0hhKHS 金 属 材 料 的 硬 度 小 结一、硬度试验的分类、物理意义和特点 1. 硬度试验的分类 2. 硬度的物理意义 3. 硬度试验特点（塑、脆都可测；无损检测）二、各种硬度试验 1. 布氏硬度 测试方法、计算方法、压痕相似原理、优缺点 2. 洛氏硬度 测试方法、计算方法、表面洛氏硬度、优缺点 3. 维氏硬度 测试方法、计算方法、特点 4. 显微硬度 显微维氏硬度、显微努氏硬度、测试和计算方法、特点 5. 肖氏硬度 测试方法及特点 本 章 完