金属材料的硬度-材料力学性能ppt课件.ppt

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1、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。第四章第四章金属材料的硬度金属材料的硬度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。主要内容主要内容1.1.硬度试验的分类、物理意义和特点硬度试验的分类、物理意义和特点2.2.硬度试验硬度试验 1 1）布氏硬度）布氏硬度 2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 3 3）维氏）维氏硬度硬度 4 4）显微硬度）显微硬度 显微维氏硬度、显微努氏硬度显微维氏硬度、显微努氏硬度 5 5）肖氏硬度）肖氏硬度严格执行突发事件上报制度、校外活动

2、报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一、硬度试验的分类、物理意义和特点一、硬度试验的分类、物理意义和特点 1.1.硬度试验的分类硬度试验的分类硬硬度度试试验验静载静载压入法压入法刻划法刻划法压入法压入法加载速度加载速度载荷、压头载荷、压头表示方法表示方法布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度维氏硬度维氏硬度显微硬度显微硬度肖氏硬度肖氏硬度动载动载压入法压入法刻划法只能对硬度作定性评估，工程中已经很少使用刻划法只能对硬度作定性评估，工程中已经很少使用或者：压入法、回跳法、刻划法或者：压入法、回跳法、刻划法严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度

3、。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.2.硬度试验的物理意义硬度试验的物理意义 1 1）压压入入法法：材材料料表表面面抵抵抗抗物物体体压压入入引引起起的的塑塑性性变变形形的的抗抗力力 2 2）刻划法：材料抵抗表面局部断裂的能力）刻划法：材料抵抗表面局部断裂的能力 3 3）回跳法：材料弹性变形功的大小）回跳法：材料弹性变形功的大小 硬硬度度值值：表表征征材材料料的的弹弹性性、塑塑性性、形形变变强强化化、强强度度和和韧韧性性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标等

4、一系列不同物理量组合的一种综合性能指标严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3.3.硬度试验的特点硬度试验的特点 1 1）应应力力状状态态软软性性系系数数最最大大（22），塑塑性性和和脆脆性性材材料料都都可可以以测测量量，甚甚至至像像玻玻璃璃、陶陶瓷瓷、金金刚刚石石等等脆脆性性材材料料，在在硬硬度度试试验时，也表现为塑性状态验时，也表现为塑性状态 2 2）实验方法简单，无须加工试样）实验方法简单，无须加工试样 3 3）造造成成的的表表面面损损伤伤小小，基基本本属属于于“无无损损”或或微微损损检检测测范范围围 4 4）与与

5、其其他他静静载载荷荷下下的的力力学学性性能能指指标标之之间间存存在在一一定定关关系系，如可以由硬度大致推测强度值如可以由硬度大致推测强度值 5 5）测测量量范范围围大大可可至至多多个个晶晶粒粒，小小可可测测单单个个晶晶粒粒，甚甚至至几几个原子范围（纳米压痕仪个原子范围（纳米压痕仪(NanoIndenter)(NanoIndenter)）严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、硬度试验二、硬度试验 1.1.布氏硬度布氏硬度 1 1）布氏硬度测试法）布氏硬度测试法 19001900年年 瑞瑞典典 布布利利奈奈尔尔(Brin

6、ell)(Brinell)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。说明说明:a a）布氏硬度值的大小是压痕单位面积上所承受的压）布氏硬度值的大小是压痕单位面积上所承受的压力力 b b）布氏硬度值一般不标出单位）布氏硬度值一般不标出单位 c c）只要测量出压痕直径，就可以得出硬度值）只要测量出压痕直径，就可以得出硬度值 d d）硬度值越高，表示材料越硬）硬度值越高，表示材料越硬 e e）若测量数据能相互比较，必须载荷和钢球直径恒）若测量数据能相互比较，必须载荷和钢球直径恒定定 压痕相似原理压痕相似原理严格执行突发事件上报制度

7、、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。如果只采用一种载荷和钢球直径，则如果只采用一种载荷和钢球直径，则 a a）对于硬材料合适时，对较软材料不合适（钢球全部陷）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）入材料内部）b b）对于厚材料合适时，对薄材料不合适（薄材料被压透）对于厚材料合适时，对薄材料不合适（薄材料被压透）c c）对于大尺寸材料合适时，对小尺寸材料不合适（试样）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）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最终结果：不同场合采用不同载荷和钢球直

8、径 问题：对同一材料，不同问题：对同一材料，不同P P和和D D必须得到相同的硬度值必须得到相同的硬度值 解决方法：建立解决方法：建立P P和和D D的匹配关系，使不同的匹配关系，使不同P P和和D D形成的压形成的压痕在几何形状上相似（压痕相似原理）痕在几何形状上相似（压痕相似原理）2 2）压痕相似原理）压痕相似原理严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。压痕相似原理压痕相似原理得到相同的硬度值得到相同的硬度值压痕几何形状相似压痕几何形状相似压入角压入角相等相等严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做

9、到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3 3）布氏硬度实验需要注意的问题）布氏硬度实验需要注意的问题 a a）GB231-84GB231-84规定了规定了7 7种种P/DP/D2 2的值，不同材料选择不同值的值，不同材料选择不同值严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。b)b)先选择压头直径先选择压头直径D D，再根据材料性质选，再根据材料性质选P/DP/D2 2，最后计算出，最后计算出P P 根据试样厚度选择压头直径：试样厚度大于根据试样厚度选择压头直径：试样厚度大于1010倍的倍的压痕深度；试样厚度足够时

10、，选择压痕深度；试样厚度足够时，选择D=10 mmD=10 mmc c）测试时保持所加压力与试样表面垂直，压力施加均匀平稳）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 d）压力保持时间：钢铁材料）压力保持时间：钢铁材料10s10s，有色金属，有色金属30s30s，软金属，软金属60s60se e）使用的压头材质不同，布氏硬度的符号不同）使用的压头材质不同，布氏硬度的符号不同 HBSHBS淬火钢球；淬火钢球；HBWHBW硬质合金球硬质合金球f 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）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，依次为压头直径件，依次为压头直

11、径(mm)(mm)、压力、压力(kgf)(kgf)和保持时间和保持时间(s)(s)200HBS10/3000/30200HBS10/3000/30 500HBW5/750 500HBW5/750（保持时间（保持时间1015s1015s不标注）不标注）严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。4 4）布氏硬度实验的优缺点和适用范围）布氏硬度实验的优缺点和适用范围 优点：优点：a a）压头直径和压力大，因而压痕面积大，能反映较大范围）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、

12、轴承合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金等具有粗大晶粒或粗大相的材料 b b）压痕面积大，测量不受个别组成相以及微小不均匀度的）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，重复性强影响，实验数据稳定，重复性强 c c）布氏硬度值和抗拉强度存在一定换算关系，可制定换算）布氏硬度值和抗拉强度存在一定换算关系，可制定换算表表 k k为材料常数为材料常数严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。缺点：缺点：a a）压痕面积大，对表面有要求的样品不利，需要在图

13、纸上）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注明测量位置 b b）不能用于测定薄壁件或表面硬化层的硬度）不能用于测定薄壁件或表面硬化层的硬度 c c）淬火钢球压头测定）淬火钢球压头测定HB450HB450HB450时压力过大，损坏压头时压力过大，损坏压头 洛氏硬度洛氏硬度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.2.洛氏硬度洛氏硬度 19191919年年 洛洛 克克 威威 尔尔(Rockwell)(Rockwell)1)1)试验方法：试验方法：硬质压头：顶角硬质压头：顶角为为1201200 0的金刚

14、石的金刚石圆锥体制成圆锥体制成软质压头：直径软质压头：直径为为1.588mm1.588mm（1/161/16英寸）的钢球英寸）的钢球用压痕深度用压痕深度h h的大小来衡量材料的硬度的大小来衡量材料的硬度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。说明说明:a a）材料越硬，）材料越硬，h h越小；材料越软，越小；材料越软，h h越大越大 人为规定：常数人为规定：常数K K减去压痕深度减去压痕深度h h的值为洛氏硬度单位；的值为洛氏硬度单位；压痕深度每增加压痕深度每增加0.002mm0.002mm，硬度降低，硬度降低1 1个单位

15、个单位 金刚石压头：金刚石压头：K=0.2 mmK=0.2 mm；钢球压头：；钢球压头：K=0.26 mmK=0.26 mm b b）采用不同的压头和不同的总载荷，可以组成不同的洛氏）采用不同的压头和不同的总载荷，可以组成不同的洛氏硬度标尺，测定不同硬度范围硬度标尺，测定不同硬度范围严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。c 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）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，需要修正时，硬度值比真实值低，需要修正 圆柱面圆柱面 球面球面严格执

16、行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2)2)表面洛氏硬度表面洛氏硬度 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：表面洛氏硬度与普通洛氏硬度的不同：a a）预载荷和总载荷比较小）预载荷和总载荷比较小 b b）常常数数K K=0.1 0.1 mmmm（压压痕痕残残余余深深度度为为0.1mm0.1mm时时的的洛洛氏氏硬度为零），深度每减小硬度为零），深度每减小0.001mm0.001mm，表面洛氏硬度升高一个单位，表面洛氏硬度升高一个单位

17、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3 3）洛氏硬度优缺点）洛氏硬度优缺点 优点：优点：a a）硬度值可从表盘上直接读出，简便迅速，工效高）硬度值可从表盘上直接读出，简便迅速，工效高b b）表面损伤较小，可用于成品零件的质量检验）表面损伤较小，可用于成品零件的质量检验c c）有预加载荷，可消除表面轻微不平度对结果的影响）有预加载荷，可消除表面轻微不平度对结果的影响 缺点缺点:a a）洛氏硬度人为定义，不同标尺的洛氏硬度值无法比较）洛氏硬度人为定义，不同标尺的洛氏硬度值无法比较b b）压痕小，硬度值对组织不均匀性很敏感，

18、测试结果比较）压痕小，硬度值对组织不均匀性很敏感，测试结果比较分散，重复性差分散，重复性差严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3.3.维氏硬度维氏硬度 19251925年年 史史密密斯斯(Smith)(Smith)和和桑桑兰兰德德(Sandland)(Sandland)提提出出 维维克克尔斯尔斯(Vickers)(Vickers)工厂最早使用工厂最早使用 1)1)试验方法：试验方法：压头：面间夹角为压头：面间夹角为1361360 0的金刚石四方角锥体的金刚石四方角锥体 单位压痕表面积上承单位压痕表面积上承受的压力受的压

19、力严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。说明说明:a a）维氏硬度与布氏硬度定义相同（单位压痕表面积上承）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，加载较小受的压力）；压头形状不同，加载较小 b b）所加载荷有）所加载荷有6 6种：种：5kgf5kgf、10kgf10kgf、20kgf20kgf、30kgf30kgf、50kgf50kgf、100kgf100kgf c c）d d为两对角线长度平均值为两对角线长度平均值 d d）维氏硬度值一般也不标出单位）维氏硬度值一般也不标出单位 e e）

20、维氏硬度表示方法与布氏硬度相同：符号前为硬度值，）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（符号后依次为载荷大小（kgfkgf）和保持时间（）和保持时间（s s）640HV30/20640HV30/20严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3 3）维氏硬度优点）维氏硬度优点 a a）特别适用于表面硬化层和薄片材料的硬度测定）特别适用于表面硬化层和薄片材料的硬度测定 载荷载荷P P的选择：使硬化层或试样厚度大于的选择：使硬化层或试样厚度大于1.5d1.5d 不知硬化层厚度：按从小到大的载荷顺序试

21、验，直至两不知硬化层厚度：按从小到大的载荷顺序试验，直至两相邻载荷得出相同或相近结果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和试样表面层影响严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。b b）四方角锥体压头使各种载荷下的压痕几何相似，所得硬）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，不受布氏硬度载荷度值均相同，不受布氏硬度载荷P P和压头和压头D D的条件约束的条件约束 c c）测量范围较宽，软硬材料都可测，比

22、洛氏硬度优越（不）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）同标尺无法比较）d d）压痕对角线长度易于精确测量，精度比布氏法高；硬度）压痕对角线长度易于精确测量，精度比布氏法高；硬度小于小于450HV450HV时，维氏硬度值与布氏硬度值大致相同。时，维氏硬度值与布氏硬度值大致相同。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。4.4.显微硬度显微硬度 定义：一般指加载小于定义：一般指加载小于0.2kgf0.2kgf的硬度试验的硬度试验 分类：显微维氏硬度和显微努氏硬度分类：显微维氏硬度和显微努氏硬度 显微硬

23、度的特点：显微硬度的特点：a a）布、洛、维氏三种硬度试验只能测得组织的平均硬）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度值，测定极小范围内的硬度需用显微硬度试验 b b）布、洛、维氏三种硬度试验不能测定陶瓷等脆性材）布、洛、维氏三种硬度试验不能测定陶瓷等脆性材料的硬度（在加载条件下易破裂），显微硬度可测料的硬度（在加载条件下易破裂），显微硬度可测严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。1)1)显微维氏硬度显微维氏硬度 与普通维氏硬度的相同点：与普通维氏硬度的相同点：a a）测

24、试方法与维氏硬度相同）测试方法与维氏硬度相同 b b）硬度计算公式相同）硬度计算公式相同 c c）表示符号仍然为）表示符号仍然为HVHV 与普通维氏硬度的不同点：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果需要注明载荷大小 340HV0.1(340HV0.1(载荷为载荷为0.1kgf)0.1kgf)340HV0.05(340HV0.05(载荷载荷为为0.05kgf)0.05kgf)实质上是小载荷的维氏硬度实质上是小载荷的维氏硬度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇

25、报并处理各类违纪行为或突发事件。2)2)显显微微努努氏氏硬硬度度 测试方法：测试方法：定义：定义：单位压痕投影面积上承受的力单位压痕投影面积上承受的力菱形压痕菱形压痕L L是是S S的的7.117.11倍倍严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。说明说明:a a）努氏硬度试验方法还没有国家标准，测试载荷通常）努氏硬度试验方法还没有国家标准，测试载荷通常为为150N150N b b）试样按照金相试样要求制备）试样按照金相试样要求制备 c c）压痕浅而细长，适于测定极薄层或极薄零件）压痕浅而细长，适于测定极薄层或极薄零件 d

26、d）测量精度和对表面状况的敏感度更高）测量精度和对表面状况的敏感度更高 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3)3)显微硬度的特点显微硬度的特点 a a）测定极小范围内的硬度，几乎不损坏试样）测定极小范围内的硬度，几乎不损坏试样 某个晶粒、组成相或夹杂物的硬度某个晶粒、组成相或夹杂物的硬度 b b）显微硬度可测陶瓷、玻璃、玛瑙等脆性材料的硬度）显微硬度可测陶瓷、玻璃、玛瑙等脆性材料的硬度 c c）灵敏度高）灵敏度高 特别适合评定细线材的加工硬化程度特别适合评定细线材的加工硬化程度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制

27、度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。5.5.肖氏硬度（回跳硬度）肖氏硬度（回跳硬度）肖氏硬度：动载试验法肖氏硬度：动载试验法 ShoreShore提出提出 测试原理：测试原理：使使一一定定重重量量的的带带有有金金刚刚石石圆圆头头或或钢钢球球的的重重锤锤从从高高度度h h0 0落落向试样表面，用回跳高度向试样表面，用回跳高度h h与与h h0 0的比值计算硬度的比值计算硬度 K K为肖氏硬度系数为肖氏硬度系数 h h越高，越高，HSHS越高；硬度值的

28、大小取决于材料的弹性性质越高；硬度值的大小取决于材料的弹性性质 特点：特点：a a）操作简便，压痕小，可现场测试）操作简便，压痕小，可现场测试 b b）精度较低，重复性差）精度较低，重复性差 c c）不同弹性材料的测试结果不能比较，如钢和橡胶）不同弹性材料的测试结果不能比较，如钢和橡胶严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。金属材料的硬度 小 结一、硬度试验的分类、物理意义和特点一、硬度试验的分类、物理意义和特点 1.1.硬度试验的分类硬度试验的分类 2.2.硬度的物理意义硬度的物理意义 3.3.硬度试验特点（塑、脆都可测

29、；无损检测）硬度试验特点（塑、脆都可测；无损检测）二、各种硬度试验二、各种硬度试验 1.1.布氏硬度布氏硬度 测试方法、计算方法、压痕相似原理、优缺点测试方法、计算方法、压痕相似原理、优缺点 2.2.洛氏硬度洛氏硬度 测试方法、计算方法、表面洛氏硬度、优缺点测试方法、计算方法、表面洛氏硬度、优缺点严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3.3.维氏硬度维氏硬度 测试方法、计算方法、特点测试方法、计算方法、特点 4.4.显微硬度显微硬度 显显微微维维氏氏硬硬度度、显显微微努努氏氏硬硬度度、测测试试和和计计算算方方法法、特点特点 5.5.肖氏硬度肖氏硬度 测试方法及特点测试方法及特点严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。本章完本章完严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。34可编辑感谢下感谢下载载严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。35可编辑感感谢下下载