材料第1章 金属材料的结构与性能.pdf

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1、2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院1第1章 金属材料的结构与性能第1章 金属材料的结构与性能课本第1章1.1和1.2的内容课本第1章1.1和1.2的内容2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院2?晶体的三大特征：原子排列有序；有固定的熔点；各向异性。晶体的三大特征：原子排列有序；有固定的熔点；各向异性。?晶格和晶胞晶格和晶胞caX b YZ简单立方晶体（简单立方晶体（a）晶体结构（）晶体结构（b）晶格（）晶格（c）晶胞）晶胞一、晶体的概念一、晶体的概念2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化

2、学院日星期五北京邮电大学自动化学院3姓名语文李小红刘兵曾小玲（a）（b）（c）体心立方晶胞（体心立方晶胞（a）模型；（）模型；（b）晶胞；（）晶胞；（c）晶胞原子数）晶胞原子数属于这种晶格类型的金属有属于这种晶格类型的金属有-Fe、Cr、W、Mo、V等（等（1）晶格常数：）晶格常数：a=b=c,=90（2）晶胞原子数：是指在一个晶胞中所含的原子数目。）晶胞原子数：是指在一个晶胞中所含的原子数目。1+81/8=2（3）原子半径：是指晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子间平衡距离的一半，或晶胞中相距最近的两个原子间距的一半。体心立方晶胞：）原子半径：是指晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子间平衡距

3、离的一半，或晶胞中相距最近的两个原子间距的一半。体心立方晶胞：二、常见纯金属的晶格类型二、常见纯金属的晶格类型34a1、体心立方晶胞、体心立方晶胞BCC Body-Centered Cube 2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院4姓名语文李小红刘兵曾小玲（a）（b）（c）体心立方晶胞（体心立方晶胞（a）模型；（）模型；（b）晶胞；（）晶胞；（c）晶胞原子数）晶胞原子数（4）配位数：是指晶格中与任一原子最邻近且等距离的原子数目，为）配位数：是指晶格中与任一原子最邻近且等距离的原子数目，为8（5）致密度：是指晶胞中原子本身所占有的体积百分数，也称密排

4、系 数。致密度）致密度：是指晶胞中原子本身所占有的体积百分数，也称密排系 数。致密度=晶胞中原子所占有的体积晶胞中原子所占有的体积/晶胞的体积晶胞的体积100%。68%（6）空隙半径：若在晶胞空隙中放入刚性球，则能放入球的最大半 径。）空隙半径：若在晶胞空隙中放入刚性球，则能放入球的最大半 径。0.29rr=四原子2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院52、面心立方晶胞、面心立方晶胞 FCC Face-Centered Cube（a）（b）（c）面心立方晶胞（面心立方晶胞（a）模型；（）模型；（b）晶胞；（）晶胞；（c）晶胞原子数）晶胞原子数 属于

5、这种晶格类型的金属有属于这种晶格类型的金属有Fe、Cu、Al、Ag、Au、Pb、Ni等。等。74%12 4 274%12 4 21/21/2a/4a=b=c,a/4a=b=c,=90=90o oFCC 致密度配位数晶胞原子数原子半径晶体学参数晶胞FCC 致密度配位数晶胞原子数原子半径晶体学参数晶胞2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院63、密排六方晶胞、密排六方晶胞HCP Hexagonal Close-Packed（a）（b）（c）密排六方晶胞（密排六方晶胞（a）模型；（）模型；（b）晶胞；（）晶胞；（c）晶胞原子）晶胞原子数74%12 6 a/

6、2 a=bc,c/a=1.633,74%12 6 a/2 a=bc,c/a=1.633,=90=90o o,=120,=120o oHCP 致密度配位数晶胞原子数原子半径晶体学参数晶胞HCP 致密度配位数晶胞原子数原子半径晶体学参数晶胞2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院7在晶体中，由一系列原子所组成的平面 称为在晶体中，由一系列原子所组成的平面 称为晶面晶面，任意两个原子之间连线所指的方向 称为，任意两个原子之间连线所指的方向 称为晶向晶向。为了确定晶向、晶面在晶体中的空 间位向，就需要引入一个统一的规则来标志它 们，这种统一的标志，叫做晶向指

7、数和晶面指 数。国际上通用的是。为了确定晶向、晶面在晶体中的空 间位向，就需要引入一个统一的规则来标志它 们，这种统一的标志，叫做晶向指数和晶面指 数。国际上通用的是密勒（密勒（Miller）指数）指数。三、晶向指数和晶面指数三、晶向指数和晶面指数2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院8晶向指数的确定步骤如下：（晶向指数的确定步骤如下：（1）以晶胞中的某一阵点为原点，以三条棱边为）以晶胞中的某一阵点为原点，以三条棱边为X、Y、Z轴，并以晶胞棱边的长度为 单位长度；（轴，并以晶胞棱边的长度为 单位长度；（2）如果所求晶向未通过坐标原点，过原点引一条平

8、行于所求晶向的有向直线；（）如果所求晶向未通过坐标原点，过原点引一条平行于所求晶向的有向直线；（3）在所引直线上取离原点最近的那个原子，求出其在）在所引直线上取离原点最近的那个原子，求出其在X、Y、Z轴上的坐标；（轴上的坐标；（4）将三个坐标值按比例化为最小整数，依次记入方括号）将三个坐标值按比例化为最小整数，依次记入方括号 中，即得所求晶向指数。通常以中，即得所求晶向指数。通常以uvw表示晶向指数的普遍形式，若其中某数为负值，应将负号标注在该数 的上方，例如 表示晶向指数的普遍形式，若其中某数为负值，应将负号标注在该数 的上方，例如。111110110111100XYZ立方晶系中的三个重要晶

9、向立方晶系中的三个重要晶向对于一个晶向指数，表示的不是一个具体的方向，而是所有相互 平行，方向一致的晶向。如果两个晶向指数数值大小相等，符号相 反，则这两组晶向相互平行但是方向相反。对于一个晶向指数，表示的不是一个具体的方向，而是所有相互 平行，方向一致的晶向。如果两个晶向指数数值大小相等，符号相 反，则这两组晶向相互平行但是方向相反。晶向指数晶向指数2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院9?晶向族在晶向族在立方晶系立方晶系中：中：111、111、111、111、111、111、111、111八个晶向，指的是立方体中四个对角线的方向。从晶 体的对称

10、关系来看，这一组晶向在性质上是等同的，故总称之为 八个晶向，指的是立方体中四个对角线的方向。从晶 体的对称关系来看，这一组晶向在性质上是等同的，故总称之为 晶向族晶向族。原子排列情况相同，但空间位向不同的所有晶向称为晶 向族，用。原子排列情况相同，但空间位向不同的所有晶向称为晶 向族，用表示，上述八个晶向即可用表示，上述八个晶向即可用表示。同理，表示。同理，代表：代表：100、010、001、100、010、001 六个晶向。应当指出，只有在立方晶系中晶向族各晶向指数可以通过改 变指数和正负号的排列组合方式求出。对于其他晶系并不一定适 用。六个晶向。应当指出，只有在立方晶系中晶向族各晶向指数可

11、以通过改 变指数和正负号的排列组合方式求出。对于其他晶系并不一定适 用。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院10晶面指数晶面指数（1）与确定晶面指数类似建立坐标系，但坐标 原点应位于待定晶面之外，以避免出现零截 距。（）与确定晶面指数类似建立坐标系，但坐标 原点应位于待定晶面之外，以避免出现零截 距。（2）以晶格常数为长度单位求出待定晶面在各 轴上的截距。若晶面与某轴平行，则认为该晶 面在该轴上的截距为无穷大，其倒数为零。（）以晶格常数为长度单位求出待定晶面在各 轴上的截距。若晶面与某轴平行，则认为该晶 面在该轴上的截距为无穷大，其倒数为零。（3

12、）取截距的倒数，将其化为最小整数，置于 圆括号内，写成（）取截距的倒数，将其化为最小整数，置于 圆括号内，写成（hkl）的形式，即得晶面指 数。）的形式，即得晶面指 数。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院11下图给出了一些立方晶系中的一些主要晶面的晶面指数。下图给出了一些立方晶系中的一些主要晶面的晶面指数。XXXYYYZZZ（100）（111）（110）立方晶格中的三种重要晶面立方晶格中的三种重要晶面与晶向指数类似，如果有截距为负值，应将负号记在相应 的指数上面。晶面指数（与晶向指数类似，如果有截距为负值，应将负号记在相应 的指数上面。晶面指数

13、（hklhkl）不是指一个晶面，而是代表一 组相互平行的晶面。当两个晶面指数的数字和顺序完全相同而 符号相反时，则这两个晶面相互平行。）不是指一个晶面，而是代表一 组相互平行的晶面。当两个晶面指数的数字和顺序完全相同而 符号相反时，则这两个晶面相互平行。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院12?晶面族在同一晶体结构中，有些晶面上的原子排列和晶面间距完全相同，但具有不同的空间位向，这些晶面均归并为一个晶面族，用晶面族在同一晶体结构中，有些晶面上的原子排列和晶面间距完全相同，但具有不同的空间位向，这些晶面均归并为一个晶面族，用表 示。例如，在立方晶系

14、中：表 示。例如，在立方晶系中：100包括（包括（100）,（010）,（001）110包括（包括（110）,（101）,（011）,（110）,（101）,（011）111包括（包括（111）,（111）,（111）,（111）晶面族不仅包括了相互平行的一组晶面，而且也包括了位向不同，但晶面间距相等、原子排列相同的若干组平行晶面。在立方晶系中，）晶面族不仅包括了相互平行的一组晶面，而且也包括了位向不同，但晶面间距相等、原子排列相同的若干组平行晶面。在立方晶系中，hklhkl晶面族所包括的晶面可用改变晶面族所包括的晶面可用改变h、k、l的正负 号及数字的排列组合来求得。但是这种方法不适用于其他

15、晶系。的正负 号及数字的排列组合来求得。但是这种方法不适用于其他晶系。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院13不同的晶体结构中，不同晶面、不同晶向上的原 子排列方式和排列密度不一样。密排面密排面：原子密度最大的晶面密排方向密排方向：原子密度最大的晶向讲课本P11 表1-1密排面和密排方向密排面和密排方向2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院14单晶体与多晶体晶体中原子排列规律相同，晶格位向一致的晶 体，称为单晶体与多晶体晶体中原子排列规律相同，晶格位向一致的晶 体，称为单晶体单晶体。在实际应用中金属材

16、料中较少的用 单晶体金属，工程上使用的金属材料，都是由很多小 晶体组成的，这些小晶体内部的晶格位向是均匀一致 的，而它们之间，晶格位向却彼此不同，这些外形不 规则的颗粒状小晶体称为。在实际应用中金属材料中较少的用 单晶体金属，工程上使用的金属材料，都是由很多小 晶体组成的，这些小晶体内部的晶格位向是均匀一致 的，而它们之间，晶格位向却彼此不同，这些外形不 规则的颗粒状小晶体称为晶粒晶粒。每一个晶粒相当于一 个单晶体。晶粒与晶粒之间的界面称为。每一个晶粒相当于一 个单晶体。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界晶界。这种由 许多晶粒组成的晶体称为。这种由 许多晶粒组成的晶体称为多晶体多晶体。四、实际金属的

17、晶体结构四、实际金属的晶体结构单晶体：单晶体：内部晶格位向完全一致：各自异性多晶体：多晶体：由许多位向各不相同的单晶体块组成：各自同性2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院15纯铁的多晶体结构纯铁的多晶体结构2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院161晶体缺陷：晶体缺陷：实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分。a、点缺陷、点缺陷b、线缺陷（位错）、线缺陷（位错）c、面缺陷、面缺陷2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期

18、五北京邮电大学自动化学院17a、点缺陷、点缺陷晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化空位：晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化空位：晶格结点处无原子置换原子：置换原子：晶格结点处为其它原子占据间隙原子：间隙原子：原子占据晶格间隙2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院18晶格畸变之空位引起的晶格畸变晶格畸变之空位引起的晶格畸变2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院19晶格畸变之置换原子引起的晶格畸变晶格畸变之置换原子引起的晶格畸变2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京

19、邮电大学自动化学院20B、线缺陷（位错）、线缺陷（位错）二维尺度很小，另一维尺度很大的原子错排二维尺度很小，另一维尺度很大的原子错排（1）刃型位错）刃型位错（a)立体模型（b）平面图刃型位错示意图（a)立体模型（b）平面图刃型位错示意图GHEF2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院21位错运动示意位错运动示意2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院22（2）螺型位错）螺型位错2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院23CBAD(b)（a）立体模型；（）立体模型；

20、（b）平面图螺型位错示意图）平面图螺型位错示意图ABCD(a)2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院24螺型位错示意图2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院25螺型位错示意图2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院26钛合金中 的位错线位错线2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院27c、面缺陷、面缺陷一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域晶界、亚晶界等晶界、亚晶界等区域

21、：区域：2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院28?晶界晶界是两相邻晶粒间的过渡界面。由于相邻晶粒间彼 此位向各不相同，故晶界处的原子排列与晶内不同，它们 因同时受到相邻两侧晶粒不同位向的综合影响，而做无规 则排列或近似于两者取向的折衷位置的排列，这就形成了 晶体中的重要的面缺陷。晶界是晶体中的一种重要的缺陷。由于晶界上的原子 排列不规则，脱离平衡位置，所以晶界具有较高的能量，使其具有一系列不同于晶粒内部的特征。例如，晶界比晶 粒容易被腐蚀，熔点较低；原子沿晶界扩散速度快；在常 温下晶界对金属的塑性变形起阻碍作用。因此，金属材料 晶粒愈细小，则晶粒

22、愈多，其室温强度愈高。晶界晶界是两相邻晶粒间的过渡界面。由于相邻晶粒间彼 此位向各不相同，故晶界处的原子排列与晶内不同，它们 因同时受到相邻两侧晶粒不同位向的综合影响，而做无规 则排列或近似于两者取向的折衷位置的排列，这就形成了 晶体中的重要的面缺陷。晶界是晶体中的一种重要的缺陷。由于晶界上的原子 排列不规则，脱离平衡位置，所以晶界具有较高的能量，使其具有一系列不同于晶粒内部的特征。例如，晶界比晶 粒容易被腐蚀，熔点较低；原子沿晶界扩散速度快；在常 温下晶界对金属的塑性变形起阻碍作用。因此，金属材料 晶粒愈细小，则晶粒愈多，其室温强度愈高。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院

23、日星期五北京邮电大学自动化学院29?亚晶界实验表明，在实际金属的一个晶粒内部晶格位向 也并非一致，而是存在一些位向略有差异的小晶块（位向差一般不超过亚晶界实验表明，在实际金属的一个晶粒内部晶格位向 也并非一致，而是存在一些位向略有差异的小晶块（位向差一般不超过2）。这些小晶块称为亚结构。亚结构之间的界面称为亚晶界。亚晶界实际上是由一 系列的位错所组成。亚晶界上原子排列也不规则，具 有较高的能量，与晶界类似的特征，故细化亚结构，可显著提高金属的强度。）。这些小晶块称为亚结构。亚结构之间的界面称为亚晶界。亚晶界实际上是由一 系列的位错所组成。亚晶界上原子排列也不规则，具 有较高的能量，与晶界类似的

24、特征，故细化亚结构，可显著提高金属的强度。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院30晶界示意图亚晶界示意图2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院31工业纯铁 的晶界2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院32五、合金的晶体结构和组织五、合金的晶体结构和组织合金相结构相：合金相结构相：凡是化学成分相同化学成分相同、晶体结构相同晶体结构相同，与其 它部分有明显分界明显分界的均匀组成部分均匀组成部分。液态物质为液 相，固态物质为固相。固态合金中有两类基本的相结构，固

25、溶体固溶体和金 属化合物金 属化合物。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院331、固溶体、固溶体组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之 一相同的固相称为固溶体A（B）。A：溶剂 B：溶质。固溶 体用、等符号表示。无序固溶体有序固溶体分布有序度无限固溶体有限固溶体溶解度原子半径较小间隙固溶体晶格类型相同,原子半径相差不 大,电化学性质相近置换固溶体溶质原子的 位置2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院34置换固溶体置换固溶体溶剂原子溶质原子置换固溶体示意图置换固溶体示意图固溶体中溶质原子引

26、起的晶格畸变示意图（固溶体中溶质原子引起的晶格畸变示意图（a）正畸变（）正畸变（b）负畸变）负畸变(a)(b)2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院35当溶质与溶剂原子半径的比值当溶质与溶剂原子半径的比值rb/ra0.59时，形成间隙固 溶体。溶质原子填充到溶剂晶格的间隙中形成间隙固溶体，如 图所示。形成间隙固溶体的溶质原子通常都是一些原子半径小 的非金属元素，如氢（时，形成间隙固 溶体。溶质原子填充到溶剂晶格的间隙中形成间隙固溶体，如 图所示。形成间隙固溶体的溶质原子通常都是一些原子半径小 的非金属元素，如氢（0.046nm）、氧（）、氧（0.0

27、61nm）、氮（）、氮（0.071nm）、碳（）、碳（0.077nm）、硼（）、硼（0.097nm），溶剂则大 多数是过渡族元素。），溶剂则大 多数是过渡族元素。溶剂原子溶质原子间隙固溶体示意图间隙固溶体示意图间隙固溶体间隙固溶体2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院36固溶强化固溶强化由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸度而造成材料硬度 升高，塑性和韧性没有明显降低。由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸度而造成材料硬度 升高，塑性和韧性没有明显降低。溶质原子溶入晶格畸变位错远动阻力上升金属塑性变形困难 强度、硬度升高。溶质原子溶入晶格畸变位错远动阻力

28、上升金属塑性变形困难 强度、硬度升高。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院372、金属化合物在合金中，溶质原子浓度超过固溶体的固 溶极限时，将会形成一种晶格结构，特性完全 不同于任一组元的新相，因其具有金属性质，称之为金属化合物。由于它们常处在相图的中 间位置，所以又被称为中间相。中间相分为正 常价化合物、电子化合物和间隙化合物三种。、金属化合物在合金中，溶质原子浓度超过固溶体的固 溶极限时，将会形成一种晶格结构，特性完全 不同于任一组元的新相，因其具有金属性质，称之为金属化合物。由于它们常处在相图的中 间位置，所以又被称为中间相。中间相分为正

29、常价化合物、电子化合物和间隙化合物三种。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院38（1）正常价化合物正常价化合物就是符合原子价规律的，受 电负性控制的一种金属化合物。如）正常价化合物正常价化合物就是符合原子价规律的，受 电负性控制的一种金属化合物。如MnS、MgS、Mg2 Si 等。正常价化合物的熔点，硬度 及脆性均较高。等。正常价化合物的熔点，硬度 及脆性均较高。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院39（2）电子化合物）电子化合物电子化合物通常是IB族或过渡族元素与B、A、A和A族元素所组成，它们不

30、遵守化合 价规律而是按照一定电子浓度比值（化合物中价 电子数与原子数之比）形成金属间化合物。电子 浓度不同，晶体结构类型也不同。主要以金属键 结合，具有明显的金属特性，熔点和硬度较高，塑性较差。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院40（3）间隙化合物间隙化合物主要是过渡族金属元素和碳、氮等原子半径较小的非金属 元素所形成的化合物。分为间隙相和复杂结构的间隙化合物。参见课 本表）间隙化合物间隙化合物主要是过渡族金属元素和碳、氮等原子半径较小的非金属 元素所形成的化合物。分为间隙相和复杂结构的间隙化合物。参见课 本表1-2.间隙化合物间隙化合物Fe3

31、C（渗碳体）（渗碳体）VC2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院41二、工程材料的性能二、工程材料的性能1.使用性能：物理、化学、力学性能；2.工艺性能：铸造、锻、焊、切削等。表征材料在给定外界条件下的行为材料的性能材料的性能2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院42（1）材料的强度（）材料的强度（2）塑性）塑性工程材料的力学性能工程材料的力学性能2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院43（3）硬度）硬度抵抗外物压入的能力，称为硬度综合性能指标。1布氏硬度布

32、氏硬度HB试验最初由瑞典工程师 Johan August Brinell（1849年-1925 年）于1900年提出。布氏硬度是第一个被广泛用于工程学及冶金学的 标准化硬度试验。此试验方法因压痕较大和对待测材料损伤明显，应 用受到一定限制。布氏硬度试验一般采用直径10毫米的球形钢压头，用一定的负荷（试验力）压入被测材料表面。常见的试验力可高达3,000千克力(29 千牛顿)；对于软的材料则可用较小的负荷。如果试验材料很硬，则以 碳化钨球压头代替钢压头。保持负荷一定时间后，卸除试验力，测量 材料表面留下的压痕之直径。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化

33、学院44适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属 或质地轻软的轴承合金。适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属 或质地轻软的轴承合金。P=负荷(千克力)D=压头直径(毫米)d=压痕直径(毫米)200 HBS 10/1000/30硬度值为200，钢球压 头，直径是10mm，在 1000Kg力下保持30秒HBW（使用硬质合金球）2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院452洛氏硬度（金刚石压头或钢球压头）洛氏硬度（金刚石压头或钢球压头）洛氏硬度试验是简便、迅速的洛氏硬度试验是简便、迅速的硬度硬度测试方法。洛氏硬度试验方法广泛应用 于测试方法。洛氏硬度试验方法广泛应

34、用 于生产制造生产制造、科学研究科学研究的各个领域。洛氏硬度试验是用标准型压头在先后两次对被试材料表面施加的各个领域。洛氏硬度试验是用标准型压头在先后两次对被试材料表面施加试验力试验力（初 试验力（初 试验力F0与总试验力与总试验力F0+F1），在试验力的作用下压头压入试样表面。在总 试验力保持一定时间后，卸除主试验力），在试验力的作用下压头压入试样表面。在总 试验力保持一定时间后，卸除主试验力F1，保留初始试验力，保留初始试验力F0的情况下测量 压入深度，以总试验力下压入深度与在初试验力下的压入深度之差（即所谓的 残余压入深度）来表征硬度的高低，残余压入深度值越大，硬度值越低，反之 亦然。的

35、情况下测量 压入深度，以总试验力下压入深度与在初试验力下的压入深度之差（即所谓的 残余压入深度）来表征硬度的高低，残余压入深度值越大，硬度值越低，反之 亦然。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院46洛氏硬度常用标尺有：洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种三种HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢 及较硬的铜合金。标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢 及较硬的铜合金。HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业

36、应用最多的硬度试验方法。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一 般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一 般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院473、维氏硬度维氏硬度HV英文词条名：英文词条名：Vickers-hardness 表示材料硬度的一种标准。由英国科学家维 克斯首先提出。维氏硬度试验最初于表示材料硬度的一种标准。由英国科学家维 克斯首先提出。维氏硬度试验最初于20世纪世纪20年代初被提出，比起其他硬度试验其优点有：硬 度值与压头大小、负荷值无

37、关；无需根据材料软硬变换压头；正方形的压痕轮 廓边缘清晰，便于测量。维氏硬度被应用于所有年代初被提出，比起其他硬度试验其优点有：硬 度值与压头大小、负荷值无关；无需根据材料软硬变换压头；正方形的压痕轮 廓边缘清晰，便于测量。维氏硬度被应用于所有金属金属，并是应用最广泛的硬度 标准之一。维氏硬度试验使用，并是应用最广泛的硬度 标准之一。维氏硬度试验使用正四棱锥正四棱锥形的形的金刚石金刚石压头，其相对面夹角为压头，其相对面夹角为136。由于其 硬度极高，金刚石压头可以用于压入几乎所有材料，而且棱锥的形状使得压痕 和压头本身的大小无关。将压头用一定的负荷（试验力）压入被测材料表面。保持负荷一定时间后

38、，卸除负荷，测量材料表面的方形压痕之对角线长度。对 相互垂直的二对角线长度（。由于其 硬度极高，金刚石压头可以用于压入几乎所有材料，而且棱锥的形状使得压痕 和压头本身的大小无关。将压头用一定的负荷（试验力）压入被测材料表面。保持负荷一定时间后，卸除负荷，测量材料表面的方形压痕之对角线长度。对 相互垂直的二对角线长度（l1和和l2）取其）取其算术平均值算术平均值。2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院48F=负荷(牛顿力)S=压痕表面积(平方毫米)=压头相对面夹角=136d=平均压痕对角线长度(毫米)报告维氏硬度值的标准格式为xHVy。例如440HV

39、30中，440是 维氏硬度值，30指的是测量所用的负荷值（单位：千克力）。不锈钢不锈钢：140HV30，180HV30：140HV30，180HV30 碳钢碳钢：55-120HV5：55-120HV5 铁铁：30-80HV5：30-80HV52012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院49（4）冲击韧性）冲击韧性?韧性：材料断裂前吸收变形能量 的能力：韧度韧性：材料断裂前吸收变形能量 的能力：韧度?冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形 和断裂的能力。冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形 和断裂的能力。?ak=冲击破坏所消耗的功冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积标准试样断口截面积F(J/cm2)?ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。韧性与温度有关韧性与温度有关脆性转变温度脆性转变温度TK?ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。温度对冲击韧性的影响温度对冲击韧性的影响2012年年12月月14日星期五北京邮电大学自动化学院日星期五北京邮电大学自动化学院50（5）断裂韧性（）断裂韧性（6）疲劳强度）疲劳强度