材料力學(xué)性能課件第二章

1、第二章金屬在其它靜載荷下的第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能在生產(chǎn)實(shí)際中，機(jī)械和工程結(jié)在生產(chǎn)實(shí)際中，機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)中的材料或零件常承受壓縮、構(gòu)中的材料或零件常承受壓縮、彎矩、扭矩或剪切的作用，因此彎矩、扭矩或剪切的作用，因此需要需要 測(cè)定材料在壓縮、彎曲、扭測(cè)定材料在壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等不同加載方轉(zhuǎn)、剪切等不同加載方 式的力學(xué)式的力學(xué)性能，以作為材料選用的依據(jù)。性能，以作為材料選用的依據(jù)。材料或零件上可能有螺紋、孔材料或零件上可能有螺紋、孔洞、臺(tái)階、缺口等引起應(yīng)力集中洞、臺(tái)階、缺口等引起應(yīng)力集中的部位，它們與光滑試

2、樣靜拉的部位，它們與光滑試樣靜拉 伸伸引起的應(yīng)力狀態(tài)不同。因此需要引起的應(yīng)力狀態(tài)不同。因此需要研究帶有螺紋、研究帶有螺紋、 油孔、鍵槽等缺油孔、鍵槽等缺口情況下的力學(xué)性能，以作為這口情況下的力學(xué)性能，以作為這些些 零件設(shè)計(jì)的依據(jù)。零件設(shè)計(jì)的依據(jù)。硬度是衡量材料軟硬程度的一硬度是衡量材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)。材料的硬度試驗(yàn)方種性能指標(biāo)。材料的硬度試驗(yàn)方法在工業(yè)生產(chǎn)及材料研究中的應(yīng)法在工業(yè)生產(chǎn)及材料研究中的應(yīng)用用 極為廣泛，但硬度并不是一個(gè)極為廣泛，但硬度并不是一個(gè)確定的力學(xué)性能指確定的力學(xué)性能指 標(biāo)，其物理意標(biāo)，其物理意義隨硬度試驗(yàn)方法的不同而不同。義隨硬度試驗(yàn)方法的不同而不同。第二章金屬在其

3、它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)壓縮彎曲扭轉(zhuǎn)缺口試樣靜載荷試驗(yàn)硬度第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) 材料的塑性變形和斷裂方式材料的塑性變形和斷裂方式(韌性或脆性斷裂韌性或脆性斷裂) 除與材料本身除與材料本身的性質(zhì)有關(guān)外，主要與應(yīng)力狀態(tài)的性質(zhì)有關(guān)外，主要與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。有關(guān)。 切應(yīng)力主要引起材料的塑性切應(yīng)力主要引起材料的塑性變形和韌性斷裂；變形和韌性斷裂； 而正應(yīng)力容易而正應(yīng)力容易導(dǎo)致材料的脆性斷裂。導(dǎo)致材料的脆性斷裂。 不同的應(yīng)力狀態(tài)，其最大正不同的應(yīng)力狀態(tài)，其最大正應(yīng)力應(yīng)力max 與最大

4、切應(yīng)力與最大切應(yīng)力max 的相的相對(duì)大小是不一樣的。因此，對(duì)材對(duì)大小是不一樣的。因此，對(duì)材料的變形和斷裂性質(zhì)將產(chǎn)生不同料的變形和斷裂性質(zhì)將產(chǎn)生不同的影響。的影響。1.應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)任何一種應(yīng)力狀態(tài)都可以通過(guò)適任何一種應(yīng)力狀態(tài)都可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，轉(zhuǎn)換為主應(yīng)力狀當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，轉(zhuǎn)換為主應(yīng)力狀態(tài)。態(tài)。第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能 32 1321321max31max212.強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論最大拉應(yīng)力理論（第一理論）最大拉應(yīng)力理論（第一理論）1bn最大拉應(yīng)變理論（第二理論）最大拉應(yīng)變理論（第二理論）1bE最大切應(yīng)力理論（第三理論）最大切應(yīng)力理論（第三理論）

5、maxsn最大剪切變形能理論（第四理論）即最大剪切變形能理論（第四理論）即Mises屈服判據(jù)屈服判據(jù)2222122331()()()2s第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能3.應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)利用利用max 與與max 的比值表示它們的相對(duì)大小，稱為應(yīng)力狀態(tài)的比值表示它們的相對(duì)大小，稱為應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)軟性系數(shù)maxmax3213122對(duì)于金屬材料，對(duì)于金屬材料，取取0.25，則，則1312320.5應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)值越大，值越大，最大切應(yīng)力分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越最大切應(yīng)力分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越“軟軟”，越越易于產(chǎn)生塑性變形和

6、韌性斷裂易于產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。值越小，最大正應(yīng)力分量越大，值越小，最大正應(yīng)力分量越大，應(yīng)力狀態(tài)越應(yīng)力狀態(tài)越“硬硬”，越不易產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。，越不易產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。 三向不等拉伸三向不等拉伸時(shí)應(yīng)力狀態(tài)最硬，因其切應(yīng)力分量為零；在這時(shí)應(yīng)力狀態(tài)最硬，因其切應(yīng)力分量為零；在這種應(yīng)力狀態(tài)下，材料最容易發(fā)生脆性斷裂。種應(yīng)力狀態(tài)下，材料最容易發(fā)生脆性斷裂。 因此因此對(duì)于塑性較好對(duì)于塑性較好的金屬材料，往往采用應(yīng)力狀態(tài)硬的金屬材料，往往采用應(yīng)力狀態(tài)硬 的三向不等拉伸的加載方法，的三向不等拉伸的加載方法，以考查其脆性傾向。以考查其脆性傾向。 單向靜拉伸單向靜拉伸的應(yīng)力狀態(tài)較

7、硬，正應(yīng)力分量較大，的應(yīng)力狀態(tài)較硬，正應(yīng)力分量較大， 切應(yīng)力分量切應(yīng)力分量較小，較小，一般適用于那些塑性變形抗力與切一般適用于那些塑性變形抗力與切 斷抗力較低的、所謂斷抗力較低的、所謂塑性材料的試驗(yàn)塑性材料的試驗(yàn)第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能壓壓 縮縮一、壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)一、壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)1.單向壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)單向壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)2，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應(yīng)力狀態(tài)都軟。應(yīng)力狀態(tài)都軟。主要用于拉伸時(shí)主要用于拉伸時(shí)呈脆性的金屬材料力學(xué)性能的測(cè)呈脆性的金屬材料力學(xué)性能的測(cè)定定2.拉伸時(shí)塑性很好的材料在壓縮拉伸時(shí)塑性很好的材料在壓縮

8、時(shí)只發(fā)生壓縮而不會(huì)斷裂，因此時(shí)只發(fā)生壓縮而不會(huì)斷裂，因此塑性材料很少進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。塑性材料很少進(jìn)行壓縮試驗(yàn)。3.壓縮可以看作是反向拉伸，只壓縮可以看作是反向拉伸，只不過(guò)壓縮時(shí)試樣不是伸長(zhǎng)而是縮不過(guò)壓縮時(shí)試樣不是伸長(zhǎng)而是縮短，橫截面不是縮小而是脹大。短，橫截面不是縮小而是脹大。4.脆性材料的壓縮強(qiáng)度一般高脆性材料的壓縮強(qiáng)度一般高于其抗拉強(qiáng)度，尤其是陶瓷材于其抗拉強(qiáng)度，尤其是陶瓷材料的壓縮強(qiáng)度約高于其抗拉強(qiáng)料的壓縮強(qiáng)度約高于其抗拉強(qiáng)度一個(gè)數(shù)量級(jí)度一個(gè)數(shù)量級(jí);其壓縮斷裂面與其壓縮斷裂面與載荷呈載荷呈45壓壓 縮縮二、壓縮試驗(yàn)（二、壓縮試驗(yàn)（GB7314-87）1.試樣試樣常用的壓縮試件為圓柱體，也可

9、常用的壓縮試件為圓柱體，也可用立方體和棱柱體。用立方體和棱柱體。為防止壓縮時(shí)試件失穩(wěn)，試件的為防止壓縮時(shí)試件失穩(wěn)，試件的高度和直徑之比高度和直徑之比h0/d0常為常為1.52.0, d0常為常為1025。高徑比愈大，抗壓強(qiáng)度愈低。為高徑比愈大，抗壓強(qiáng)度愈低。為了相互比較試樣的高徑比必須相了相互比較試樣的高徑比必須相同。同。對(duì)于幾何形狀不同的試件，則應(yīng)對(duì)于幾何形狀不同的試件，則應(yīng)保持保持 為定值。為定值。00hA2.實(shí)驗(yàn)及主要性能指標(biāo)實(shí)驗(yàn)及主要性能指標(biāo)1）實(shí)驗(yàn)及力學(xué)行為）實(shí)驗(yàn)及力學(xué)行為變形變形斷裂斷裂彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形塑性材料不裂塑性材料不裂壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)a. 塑

10、性材料的壓縮塑性材料的壓縮b. 脆材料的壓縮脆材料的壓縮壓壓 縮縮2.實(shí)驗(yàn)及主要性能指標(biāo)實(shí)驗(yàn)及主要性能指標(biāo)1）實(shí)驗(yàn)及力學(xué)行為）實(shí)驗(yàn)及力學(xué)行為變形變形斷裂斷裂彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形塑性材料不裂塑性材料不裂2）力學(xué)性能指標(biāo)）力學(xué)性能指標(biāo)規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力pc 試樣的非比例壓縮變形達(dá)到規(guī)試樣的非比例壓縮變形達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度bc 試樣壓至破壞過(guò)程中的最大試樣壓至破壞過(guò)程中的最大應(yīng)力應(yīng)力相對(duì)壓縮率相對(duì)壓縮率ck 和相對(duì)斷面擴(kuò)脹率和相對(duì)斷面擴(kuò)脹率ck壓壓 縮縮 彎彎 曲曲第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它

11、靜載荷下的力學(xué)性能1.彎曲試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)方法三點(diǎn)彎曲三點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲試樣試樣圓形：圓形：d=5-45mm矩形：矩形：4030 3030 7.55 55 bh長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為d或或h的的16倍倍2.彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)1）試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便，）試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便，不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)的試樣偏斜對(duì)不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)的試樣偏斜對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，并可用試樣彎試驗(yàn)結(jié)果的影響，并可用試樣彎曲的撓度顯示材料的塑性。曲的撓度顯示材料的塑性。2）彎曲試樣一側(cè)受拉，一側(cè)受）彎曲試樣一側(cè)受拉，一側(cè)受壓，表面應(yīng)力最大，故可較靈敏壓，表面應(yīng)力最大，故可較靈敏地反映材料的表面缺陷。地反映材料的表面缺陷。

12、彎彎 曲曲3.力學(xué)行為及性能指標(biāo)力學(xué)行為及性能指標(biāo)彎曲圖（彎曲圖（P-fmax關(guān)系曲線）關(guān)系曲線）對(duì)高塑性材料，彎曲試驗(yàn)不能對(duì)高塑性材料，彎曲試驗(yàn)不能使試件發(fā)生斷裂，其曲線的最使試件發(fā)生斷裂，其曲線的最后部分可延伸很長(zhǎng)。因此，后部分可延伸很長(zhǎng)。因此，彎彎曲試驗(yàn)難以測(cè)得塑性材料的強(qiáng)曲試驗(yàn)難以測(cè)得塑性材料的強(qiáng)度度。對(duì)脆性材料，在彈性范圍內(nèi)彎曲對(duì)脆性材料，在彈性范圍內(nèi)彎曲時(shí)，受拉側(cè)表面的最大彎曲應(yīng)力時(shí)，受拉側(cè)表面的最大彎曲應(yīng)力WMmax4FLM三點(diǎn)彎曲三點(diǎn)彎曲2maxFlM四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲W為試樣抗彎截面系數(shù)為試樣抗彎截面系數(shù)W323d62bh 彎彎 曲曲3.力學(xué)行為及性能指標(biāo)力學(xué)行為及性能指標(biāo)通過(guò)

13、彎曲試驗(yàn)，可測(cè)定通過(guò)彎曲試驗(yàn)，可測(cè)定脆性或低塑性材料脆性或低塑性材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)有：的主要力學(xué)性能指標(biāo)有：規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力pb： 彎曲時(shí)，外側(cè)表面上的非比例彎曲應(yīng)變達(dá)到規(guī)定值時(shí)的最彎曲時(shí)，外側(cè)表面上的非比例彎曲應(yīng)變達(dá)到規(guī)定值時(shí)的最大彎曲應(yīng)力。大彎曲應(yīng)力。抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度bb ：彎曲至斷裂前達(dá)到的最大彎曲力彎曲至斷裂前達(dá)到的最大彎曲力彎曲模量彎曲模量Eb 矩形試樣：矩形試樣：m為彎曲圖上為彎曲圖上P-f直線段的斜率直線段的斜率 彎彎 曲曲4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1.應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變分析應(yīng)變分析 當(dāng)一等直徑的圓柱試樣受當(dāng)一等直徑的圓柱試樣受到扭矩到扭矩M作用時(shí)，作用時(shí)， 試樣表面試樣

14、表面的應(yīng)力狀態(tài)：的應(yīng)力狀態(tài)： 應(yīng)力狀態(tài)為純剪切，切應(yīng)力分布應(yīng)力狀態(tài)為純剪切，切應(yīng)力分布在縱向與橫向兩個(gè)垂直的截面上。在縱向與橫向兩個(gè)垂直的截面上。 在橫截面上無(wú)正應(yīng)力，最大與最在橫截面上無(wú)正應(yīng)力，最大與最小的正應(yīng)力分布在與試樣軸線呈小的正應(yīng)力分布在與試樣軸線呈450的兩個(gè)斜截面上：的兩個(gè)斜截面上： 1 為拉應(yīng)力為拉應(yīng)力(1 =)，3為等值的為等值的壓應(yīng)力壓應(yīng)力(3 = -)，2 =0。應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)為：應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)為：4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)在在彈性變形階段彈性變形階段，試樣橫截面上的，試樣橫截面上的切應(yīng)力和切應(yīng)變切應(yīng)力和切應(yīng)變沿半徑方向沿半徑方向呈線性分布，呈線性分布，中心處切應(yīng)力為零，表面處最大；中心

15、處切應(yīng)力為零，表面處最大；表層產(chǎn)生塑性變形表層產(chǎn)生塑性變形后，后，切應(yīng)變切應(yīng)變的分布仍保持的分布仍保持線性關(guān)系線性關(guān)系，但，但切應(yīng)切應(yīng)力力因塑性變形而有所降低，因塑性變形而有所降低， 不再呈線性分布。不再呈線性分布。4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)2.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)與應(yīng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)與應(yīng)用用 a) 扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)比拉扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)比拉伸大，故可用來(lái)伸大，故可用來(lái)測(cè)定那些在拉測(cè)定那些在拉伸時(shí)呈現(xiàn)脆性或低塑性材料伸時(shí)呈現(xiàn)脆性或低塑性材料（如淬火低碳鋼、工具鋼、灰（如淬火低碳鋼、工具鋼、灰鑄鐵和球墨鑄鐵等）鑄鐵和球墨鑄鐵等）的強(qiáng)度和的強(qiáng)度和 塑性。塑性。 b) 試樣截面的試樣截面的應(yīng)力應(yīng)力分布不均分布不均勻，

16、勻，表面最大表面最大，愈往心部愈小。，愈往心部愈小。因此因此能較敏感地反映出材料表能較敏感地反映出材料表面缺陷及表面缺陷及表 面硬化層的性能面硬化層的性能?？蓪?duì)表面強(qiáng)化工藝進(jìn)行研究和可對(duì)表面強(qiáng)化工藝進(jìn)行研究和對(duì)機(jī)件熱處理表面質(zhì)量進(jìn)行檢對(duì)機(jī)件熱處理表面質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。驗(yàn)。 c) 圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)試試樣長(zhǎng)度上的塑性變形是均勻的樣長(zhǎng)度上的塑性變形是均勻的， 試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度和截面積基本保試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度和截面積基本保持不變，持不變，不會(huì)出頸縮現(xiàn)象不會(huì)出頸縮現(xiàn)象?？捎??？捎糜谠u(píng)定那些拉伸時(shí)出現(xiàn)頸縮的高于評(píng)定那些拉伸時(shí)出現(xiàn)頸縮的高塑性的形變能力和變形抗力。塑性的形變能力和變形抗力。

17、 d) 扭轉(zhuǎn)時(shí)扭轉(zhuǎn)時(shí)最大正應(yīng)力與最大切最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等應(yīng)力在數(shù)值上大體相等，而生產(chǎn)，而生產(chǎn)實(shí)際上所使用的大部分金屬材料實(shí)際上所使用的大部分金屬材料的正斷強(qiáng)度大于切的正斷強(qiáng)度大于切 斷強(qiáng)度。扭轉(zhuǎn)斷強(qiáng)度。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是試驗(yàn)是測(cè)定材料切斷強(qiáng)度的最可測(cè)定材料切斷強(qiáng)度的最可靠方法?？糠椒?。4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)3.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法及力學(xué)性能指標(biāo)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法及力學(xué)性能指標(biāo)1）試樣）試樣 主要采用直徑為主要采用直徑為d0 10mm、標(biāo)距長(zhǎng)度、標(biāo)距長(zhǎng)度L0 分別為分別為50mm或或l00mm的圓柱形（實(shí)心或空心）試樣。的圓柱形（實(shí)心或空心）試樣。4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)2）扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)）扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)韌性材料韌性材料脆性材

18、料脆性材料4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)圖：扭矩扭轉(zhuǎn)圖：扭矩-扭角扭角(M-)曲線曲線4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彈性變形范圍內(nèi)彈性變形范圍內(nèi),表面的切應(yīng)力表面的切應(yīng)力為：為：W為試樣的截面系數(shù)為試樣的截面系數(shù)實(shí)心桿實(shí)心桿:空心圓桿空心圓桿:d0 為外徑，為外徑，d1為內(nèi)徑。為內(nèi)徑。3）力學(xué)性能指標(biāo)）力學(xué)性能指標(biāo)切變模量切變模量G 實(shí)心圓桿實(shí)心圓桿扭轉(zhuǎn)比例極限扭轉(zhuǎn)比例極限p和扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度s抗扭強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能4 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)缺口試樣靜載荷試驗(yàn)一、缺口效應(yīng)一、

19、缺口效應(yīng) 由于缺口的存在，會(huì)引由于缺口的存在，會(huì)引起受載后在缺口處的應(yīng)力集起受載后在缺口處的應(yīng)力集中、應(yīng)變集中，并且形成雙中、應(yīng)變集中，并且形成雙向或三向應(yīng)力狀態(tài)，向或三向應(yīng)力狀態(tài)， 增加了增加了材料的脆化趨勢(shì)材料的脆化趨勢(shì)1.應(yīng)力集中應(yīng)力集中 由于缺口的存在，破壞了由于缺口的存在，破壞了位于缺口兩側(cè)面相對(duì)應(yīng)的原子位于缺口兩側(cè)面相對(duì)應(yīng)的原子對(duì)之間的鍵合，使這些原子對(duì)對(duì)之間的鍵合，使這些原子對(duì)不能承擔(dān)外力。不能承擔(dān)外力。 所以，缺口兩所以，缺口兩面的外力需要由缺口前方的區(qū)面的外力需要由缺口前方的區(qū)域來(lái)承擔(dān)。域來(lái)承擔(dān)。 在缺口的正前方隨著距缺口在缺口的正前方隨著距缺口根部距離的增大，縱向應(yīng)力根部距

20、離的增大，縱向應(yīng)力y 逐逐漸減小，一直減小到某一恒定數(shù)漸減小，一直減小到某一恒定數(shù)值，這時(shí)缺口的影響便消失了。值，這時(shí)缺口的影響便消失了。 這種由于缺口所造成的局部這種由于缺口所造成的局部應(yīng)力增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中應(yīng)力集中。集中系數(shù)集中系數(shù):maxtK在彈性范圍內(nèi)，在彈性范圍內(nèi)，Kt的數(shù)值決定的數(shù)值決定于缺口的幾何形狀與尺寸。于缺口的幾何形狀與尺寸。對(duì)橢圖形的缺口對(duì)橢圖形的缺口, Kt(1+2a/b) a和和b分別為橢圓缺口長(zhǎng)、短軸的長(zhǎng)度。分別為橢圓缺口長(zhǎng)、短軸的長(zhǎng)度。應(yīng)力集中應(yīng)力集中 橢圓缺口越窄即橢圓缺口越窄即b越小，產(chǎn)生的應(yīng)力集中就會(huì)越大。越小，產(chǎn)生的應(yīng)力集中就會(huì)越大。

21、對(duì)圓形孔，對(duì)圓形孔，Kt 32.雙向或三向應(yīng)力狀態(tài)雙向或三向應(yīng)力狀態(tài)1) 缺口試樣在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布缺口試樣在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布應(yīng)力集中應(yīng)力集中(1) 平面應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)力狀態(tài)假設(shè)一個(gè)薄板的邊緣開有缺口，并承受拉應(yīng)力假設(shè)一個(gè)薄板的邊緣開有缺口，并承受拉應(yīng)力的作用的作用yyyy xyy xyx對(duì)于薄板，可以認(rèn)為在對(duì)于薄板，可以認(rèn)為在z軸方向能自由變軸方向能自由變形。這樣，在形。這樣，在z軸方向無(wú)應(yīng)力存在軸方向無(wú)應(yīng)力存在x=0時(shí)，可自由收縮，時(shí)，可自由收縮，0 xx0時(shí)，連續(xù)介質(zhì)橫向不能自由收縮時(shí)，連續(xù)介質(zhì)橫向不能自由收縮缺口效應(yīng)缺口效應(yīng) 在在x軸方向遠(yuǎn)離缺口根部處，軸方向遠(yuǎn)離缺口根部處，x

22、 的數(shù)值也很小，因?yàn)檫@時(shí)相的數(shù)值也很小，因?yàn)檫@時(shí)相鄰小塊之間的橫向收縮之差鄰小塊之間的橫向收縮之差 很小。這樣，隨著很小。這樣，隨著x的增大，的增大，x 就由就由零迅速上升至極大值，再緩慢地減小至零。零迅速上升至極大值，再緩慢地減小至零。缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)(2) 平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)對(duì)厚板，在厚度方向的變形受到約束，即在對(duì)厚板，在厚度方向的變形受到約束，即在z軸方向上的應(yīng)軸方向上的應(yīng)變變z 0。根據(jù)虎克定律根據(jù)虎克定律z =z - (x +y )=0z =（x +y ）效應(yīng)效應(yīng)1：缺口引起應(yīng)力集中，：缺口引起應(yīng)力集中，改變了缺口前方應(yīng)力狀態(tài)。由改變了缺口前方應(yīng)力狀態(tài)。由單向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)閮上蚧?/p>

23、三向單向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)閮上蚧蛉驊?yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)2)缺口試樣在塑性狀態(tài)下應(yīng)力分布缺口試樣在塑性狀態(tài)下應(yīng)力分布三向應(yīng)力條件下的屈服判據(jù)三向應(yīng)力條件下的屈服判據(jù)(屈雷斯加判據(jù)屈雷斯加判據(jù)):s31a）平面應(yīng)力狀態(tài)：）平面應(yīng)力狀態(tài)：maxy 、min z 0缺口處屈服的條件為：缺口處屈服的條件為：(max -min )/2=(y z)/2 =y /2 s /2即即y s塑性屈服區(qū)位于與塑性屈服區(qū)位于與x軸和軸和y軸夾軸夾角為角為45o并與并與zoy平面相垂直的平面相垂直的平面內(nèi)。塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力為平面內(nèi)。塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力為s 。缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)b)平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)maxy 、min

24、 x在在x0時(shí)，時(shí)，x =0，此處，此處y =s 沿沿x方向增大時(shí)，方向增大時(shí)，x 0，屈服判據(jù)屈服判據(jù)y -x =sy =s +x 屈服將發(fā)生在屈服將發(fā)生在xoy平面內(nèi)，平面內(nèi)，x增大，增大， x增加。在屈服區(qū)內(nèi)，增加。在屈服區(qū)內(nèi)， y =s +x， y增加。增加。缺口的第二個(gè)效應(yīng)缺口的第二個(gè)效應(yīng) 缺口使塑性材料產(chǎn)生缺口附加強(qiáng)缺口使塑性材料產(chǎn)生缺口附加強(qiáng)化，使強(qiáng)度增加?；?，使強(qiáng)度增加。5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)缺口試樣靜載荷試驗(yàn)二、缺口試樣靜拉伸二、缺口試樣靜拉伸缺口靜拉伸試樣：圓形截面和矩缺口靜拉伸試樣：圓形截面和矩形截面試樣兩種。形截面試樣兩種。缺口形狀的缺口形狀的3個(gè)主要參數(shù)：缺口深度，個(gè)主

25、要參數(shù)：缺口深度，缺口張角，缺口曲率半徑。缺口張角，缺口曲率半徑。(一一)缺口拉伸試驗(yàn)時(shí)可能產(chǎn)生的缺口拉伸試驗(yàn)時(shí)可能產(chǎn)生的情況：情況：1.缺口根部只有彈性變形而失去缺口根部只有彈性變形而失去了塑性變形能力，平均應(yīng)力尚了塑性變形能力，平均應(yīng)力尚低時(shí)，缺口頂端的軸向集中應(yīng)低時(shí)，缺口頂端的軸向集中應(yīng)力，有可能達(dá)到材料的斷裂抗力，有可能達(dá)到材料的斷裂抗力，引起過(guò)早的脆性斷裂。缺力，引起過(guò)早的脆性斷裂。缺口試樣的斷裂強(qiáng)度口試樣的斷裂強(qiáng)度bN 低于同一低于同一材料光滑試樣的斷裂強(qiáng)度材料光滑試樣的斷裂強(qiáng)度b 。缺口試樣靜拉伸缺口試樣靜拉伸2.在缺口根部發(fā)生少量的塑性變形，最大軸向應(yīng)力已不在缺口頂在缺口根部發(fā)

26、生少量的塑性變形，最大軸向應(yīng)力已不在缺口頂端的表面處，而是位于塑性變形區(qū)和彈性區(qū)的交界處，端的表面處，而是位于塑性變形區(qū)和彈性區(qū)的交界處， 當(dāng)其當(dāng)其 達(dá)到了材料斷裂抗力水平，達(dá)到了材料斷裂抗力水平， 則在交界處出現(xiàn)裂紋。其宏則在交界處出現(xiàn)裂紋。其宏觀特征為在觀特征為在斷口上距表面一定深度范斷口上距表面一定深度范 圍，存在纖維區(qū)圍，存在纖維區(qū)，這是斷裂，這是斷裂的起源；然后裂紋向中心彈性區(qū)擴(kuò)展、的起源；然后裂紋向中心彈性區(qū)擴(kuò)展、 呈放射狀，呈放射狀，最后破斷區(qū)位最后破斷區(qū)位于試樣中心或偏于一側(cè)于試樣中心或偏于一側(cè)。此時(shí)。此時(shí)bN 可以稍低于可以稍低于b ，也可略高于，也可略高于b 。 3.如果材

27、料的斷裂抗力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于屈服強(qiáng)度，則隨著載荷增加，塑性如果材料的斷裂抗力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于屈服強(qiáng)度，則隨著載荷增加，塑性區(qū)可以不斷向試樣中心擴(kuò)展。區(qū)可以不斷向試樣中心擴(kuò)展。 位于彈塑性交界處的最大軸向應(yīng)力也相應(yīng)地不斷向中心移動(dòng)，位于彈塑性交界處的最大軸向應(yīng)力也相應(yīng)地不斷向中心移動(dòng)，如塑性變形能擴(kuò)展到試樣中心，即出現(xiàn)沿缺口截面的全面屈服。此如塑性變形能擴(kuò)展到試樣中心，即出現(xiàn)沿缺口截面的全面屈服。此時(shí)，最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在試樣中心位置。時(shí)，最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在試樣中心位置。缺口試樣靜拉伸缺口試樣靜拉伸 如果缺口理論集中系數(shù)如果缺口理論集中系數(shù)Kt 2，即鈍缺口，則可形成裂紋源，即鈍缺口，則可形成裂紋源位于試樣中心的

28、杯狀斷口。位于試樣中心的杯狀斷口。 如缺口很尖銳如缺口很尖銳(Kt 6)，將出現(xiàn)同心圓似的纖維層，將出現(xiàn)同心圓似的纖維層(環(huán)形剪切環(huán)形剪切脊脊)，此時(shí)斷裂是通過(guò)裂紋由外向內(nèi)發(fā)展完成的。，此時(shí)斷裂是通過(guò)裂紋由外向內(nèi)發(fā)展完成的。缺口試樣靜拉伸缺口試樣靜拉伸 無(wú)論是鈍缺口還是尖銳缺口，無(wú)論是鈍缺口還是尖銳缺口，對(duì)于塑性高的材料都是對(duì)于塑性高的材料都是bN b 。 對(duì)對(duì)塑性好的材料塑性好的材料，缺口使材，缺口使材料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度升高，料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度升高， 但塑性降低，即但塑性降低，即缺口強(qiáng)化缺口強(qiáng)化。 對(duì)于對(duì)于脆性材料脆性材料，由于缺口造，由于缺口造成的應(yīng)力集中，不會(huì)因塑性變形成的應(yīng)力集

29、中，不會(huì)因塑性變形而使應(yīng)力重新分布，因此缺口試而使應(yīng)力重新分布，因此缺口試樣的樣的強(qiáng)度只會(huì)低于光滑試樣強(qiáng)度只會(huì)低于光滑試樣。(二二)缺口敏感度缺口敏感度(Notch Sensitivity Ratio)1.定義定義qe 越大，缺口敏感性越小越大，缺口敏感性越小脆性材料及高強(qiáng)度材料脆性材料及高強(qiáng)度材料1eq塑性材料，若缺口不太尖銳塑性材料，若缺口不太尖銳1eq缺口敏感度缺口敏感度2.缺口敏感度的影響因素缺口敏感度的影響因素缺口頂端曲率半徑越小、缺口越深，缺口敏感性越大。缺口頂端曲率半徑越小、缺口越深，缺口敏感性越大。缺口類型相同，增加試樣截面尺寸，缺口敏感性也增大缺口類型相同，增加試樣截面尺寸，

30、缺口敏感性也增大降低溫度，尤其對(duì)降低溫度，尤其對(duì)bcc金屬，因金屬，因s 顯著增高，塑性儲(chǔ)存下降，故顯著增高，塑性儲(chǔ)存下降，故缺口敏感性急劇增大。缺口敏感性急劇增大。應(yīng)力狀態(tài)越硬，缺口敏感性越大。應(yīng)力狀態(tài)越硬，缺口敏感性越大。(四四)缺口試樣偏斜拉伸缺口試樣偏斜拉伸缺口試樣靜拉伸缺口試樣靜拉伸 有些零部件，如聯(lián)接螺釘?shù)?，有些零部件，如?lián)接螺釘?shù)龋旧砭痛嬖谥鴩?yán)重的應(yīng)力集中，本身就存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中，在裝配中又不可避免地會(huì)出現(xiàn)偏在裝配中又不可避免地會(huì)出現(xiàn)偏心。心。墊圈的傾角墊圈的傾角可取可取0、 4、8或或12 等等拉彎復(fù)合，應(yīng)力分布不均拉彎復(fù)合，應(yīng)力分布不均裂紋源位于缺口處，由表面向裂紋源位

31、于缺口處，由表面向內(nèi)部擴(kuò)展。若塑性好的裂紋也內(nèi)部擴(kuò)展。若塑性好的裂紋也可于內(nèi)部生成，表面受約束，可于內(nèi)部生成，表面受約束，無(wú)剪切唇。無(wú)剪切唇。應(yīng)用：模擬工況進(jìn)行選材及熱應(yīng)用：模擬工況進(jìn)行選材及熱處理工藝優(yōu)化處理工藝優(yōu)化缺口試樣偏斜拉伸缺口試樣偏斜拉伸實(shí)例實(shí)例 40CrNi鋼淬火，鋼淬火，200、450、600回火回火對(duì)于光滑試樣，在對(duì)于光滑試樣，在200、450、600回火后抗拉強(qiáng)度分為：回火后抗拉強(qiáng)度分為：1950、1480、1120MPa 200回火狀態(tài)的回火狀態(tài)的bN 高而且高而且NSR1，似乎是較理想的選擇。，似乎是較理想的選擇。 隨偏斜角度的增大，隨偏斜角度的增大，bN 下降很下降很

32、快，數(shù)據(jù)的分散性也大。在偏斜快，數(shù)據(jù)的分散性也大。在偏斜8時(shí)，時(shí)，200回火與回火與450回火均回火均顯示出很大的缺口敏感性，顯示出很大的缺口敏感性，NSR1。所以對(duì)于偏斜所以對(duì)于偏斜8左右的螺釘，左右的螺釘，600回火是更合理的選擇?；鼗鹗歉侠淼倪x擇。485缺口試樣靜載荷試驗(yàn)缺口試樣靜載荷試驗(yàn)三、缺口彎曲試驗(yàn)三、缺口彎曲試驗(yàn) 光滑試樣的靜彎試驗(yàn)主光滑試樣的靜彎試驗(yàn)主要用來(lái)評(píng)定工具鋼或一些脆要用來(lái)評(píng)定工具鋼或一些脆性材料的力學(xué)性能，而缺口性材料的力學(xué)性能，而缺口試樣的靜彎試驗(yàn)則用來(lái)試樣的靜彎試驗(yàn)則用來(lái)評(píng)定評(píng)定或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺 口敏感度口敏感度和裂紋敏感度和裂紋敏感度缺口彎曲試

33、樣的尺寸缺口彎曲試樣的尺寸缺口彎曲試驗(yàn)的加載方式缺口彎曲試驗(yàn)的加載方式典型的缺口靜彎曲線典型的缺口靜彎曲線49缺口彎曲試驗(yàn)缺口彎曲試驗(yàn)曲線下所包圍的面積，表示試樣從變形到斷裂的功。曲線下所包圍的面積，表示試樣從變形到斷裂的功。I發(fā)生彈性變形的彈性功發(fā)生彈性變形的彈性功發(fā)生塑性變形的變形功發(fā)生塑性變形的變形功撕裂功撕裂功裂紋敏感度裂紋敏感度通常以撕裂功的大小或通常以撕裂功的大小或Pmax /P的大小的大小(P點(diǎn)表示裂點(diǎn)表示裂紋開始迅速擴(kuò)展的載荷紋開始迅速擴(kuò)展的載荷)來(lái)表示。來(lái)表示。撕裂功或撕裂功或Pmax /P越大，說(shuō)明材料斷裂前塑性變形大，缺口敏越大，說(shuō)明材料斷裂前塑性變形大，缺口敏感性小。感

34、性小。第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能第二章金屬在其它靜載荷下的力學(xué)性能6 硬硬 度度一、硬度的概念與分類一、硬度的概念與分類硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度是衡量金屬材料軟硬程度的力學(xué)性能指標(biāo)，其意義隨著的力學(xué)性能指標(biāo)，其意義隨著測(cè)試方法的不同而不同測(cè)試方法的不同而不同壓入法壓入法靜載壓入靜載壓入動(dòng)載壓入動(dòng)載壓入刻劃法刻劃法金屬抵抗表面局部斷裂的能力金屬抵抗表面局部斷裂的能力靜載壓入：靜載壓入：材料表面抵抗另一物體材料表面抵抗另一物體壓入所引起塑性變形的壓入所引起塑性變形的能力。能力。靜載壓入靜載壓入球體壓入球體壓入布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度維氏硬度維氏硬度顯微硬度顯微

35、硬度(維氏和努氏維氏和努氏)錐體壓入錐體壓入動(dòng)載壓入動(dòng)載壓入錘擊法錘擊法布氏硬度布氏硬度回跳法回跳法肖氏硬度肖氏硬度回跳法：金屬?gòu)椥宰冃喂Φ拇笮』靥ǎ航饘購(gòu)椥宰冃喂Φ拇笮】虅澐虅澐嫌捕饶嫌捕? 硬硬 度度 壓入法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)壓入法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)2，在這應(yīng)力狀態(tài)下，幾乎所有，在這應(yīng)力狀態(tài)下，幾乎所有的金屬材料都能產(chǎn)生塑性變形，所的金屬材料都能產(chǎn)生塑性變形，所以這種方法也能測(cè)定以這種方法也能測(cè)定硬質(zhì)合金、陶硬質(zhì)合金、陶瓷瓷等脆性材料的硬度，應(yīng)用最廣泛。等脆性材料的硬度，應(yīng)用最廣泛。二、布氏硬度二、布氏硬度(Brinell Hardness)1. 原理和測(cè)試方法原理和測(cè)試方法 用

36、一定大小的載荷用一定大小的載荷P(kgf)，將直徑為將直徑為D(mm)的淬火鋼球的淬火鋼球(HBS)或硬質(zhì)合金球或硬質(zhì)合金球(HBW)壓入試樣表面壓入試樣表面 保持規(guī)定的時(shí)間后卸除載保持規(guī)定的時(shí)間后卸除載荷，于是在試樣表面留下壓痕荷，于是在試樣表面留下壓痕測(cè)量壓痕的平均直徑測(cè)量壓痕的平均直徑d（mm）,求得壓痕的球形面積求得壓痕的球形面積A（mm2）布氏硬度布氏硬度53布氏硬度的單位為布氏硬度的單位為kgf/mm2，但一般不標(biāo)注單位。如載荷的單位，但一般不標(biāo)注單位。如載荷的單位用牛頓用牛頓(N)， 則布氏硬度的單位變?yōu)閯t布氏硬度的單位變?yōu)镸Pa，上式的右端應(yīng)乘以，上式的右端應(yīng)乘以0.102。布

37、氏硬度布氏硬度2.布氏硬度試驗(yàn)規(guī)程布氏硬度試驗(yàn)規(guī)程所得的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行相互比所得的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行相互比較的基本條件是載荷較的基本條件是載荷P和壓球和壓球直徑直徑D必須事先確定。必須事先確定。2sinDd 2sin11222DFHB若若HB不變，則需不變，則需、P/D2為常數(shù)。為常數(shù)。試驗(yàn)證實(shí)：若試驗(yàn)證實(shí)：若P/D2為常數(shù)，則為常數(shù)，則 為常數(shù)，為常數(shù)，HB不變。不變。生產(chǎn)上常用的生產(chǎn)上常用的P/D2值規(guī)定有值規(guī)定有D(mm)1052.5210.102F/D230151052.5根據(jù)材料種類不同和布氏硬度根據(jù)材料種類不同和布氏硬度的范圍而分別采用不同的的范圍而分別采用不同的P/D2值值布氏硬度布氏硬

38、度壓頭材質(zhì)：壓頭材質(zhì)：淬火鋼球淬火鋼球 HBS450HBS450硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球 HBW 450650布氏硬度布氏硬度試樣厚度：試樣厚度： 為為h的的10倍，倍，d=0.250.6D在試件厚度足夠時(shí)，應(yīng)盡可能選用在試件厚度足夠時(shí)，應(yīng)盡可能選用10 mm直徑的壓頭。直徑的壓頭。布氏硬度布氏硬度保持時(shí)間：對(duì)黑色金屬應(yīng)為保持時(shí)間：對(duì)黑色金屬應(yīng)為10 s，有色金屬為，有色金屬為30 s，對(duì)，對(duì)HB 35的材料為的材料為60s。但也不能保。但也不能保持得太長(zhǎng)，如鉛、錫等在室溫持得太長(zhǎng)，如鉛、錫等在室溫下即有顯著冷蠕變現(xiàn)象，變形下即有顯著冷蠕變現(xiàn)象，變形會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而一直增大。會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而一

39、直增大。3.布氏硬度的表示方法布氏硬度的表示方法500HBW5/750/ HB D P S一般表示為：一般表示為：HB5004.特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)壓痕面積大，不受個(gè)別相及微小壓痕面積大，不受個(gè)別相及微小不均勻性影響，反映平均性能，不均勻性影響，反映平均性能，重現(xiàn)度大。重現(xiàn)度大。缺點(diǎn)缺點(diǎn)不同材料變不同材料變D、F，測(cè)，測(cè)d不能直接不能直接讀數(shù)讀數(shù)布氏硬度與抗拉強(qiáng)度布氏硬度與抗拉強(qiáng)度b 存在如下存在如下的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：bk HB5.錘擊式硬度計(jì)算錘擊式硬度計(jì)算2222dDDdDDBHHB壓痕較大，不宜在零件表面上測(cè)壓痕較大，不宜在零件表面上測(cè)定硬度，也不能測(cè)定薄壁件或表定硬度，也不能測(cè)定薄壁

40、件或表面硬化層硬面硬化層硬 度。度。6 硬硬 度度三、洛氏硬度（三、洛氏硬度（Rockwell hardness）1. 測(cè)試原理及方法測(cè)試原理及方法洛氏硬度是以一定的壓力將壓頭壓洛氏硬度是以一定的壓力將壓頭壓入試樣表面，以殘留于表面的壓痕入試樣表面，以殘留于表面的壓痕深度來(lái)表示材料的硬度。深度來(lái)表示材料的硬度。(a) 試驗(yàn)時(shí)先加初始試驗(yàn)力試驗(yàn)時(shí)先加初始試驗(yàn)力F0，以，以保證壓頭與試樣表面接觸良好，得保證壓頭與試樣表面接觸良好，得到一個(gè)壓痕深度到一個(gè)壓痕深度h0，此時(shí)指針指零，此時(shí)指針指零(b) 施加主作用力施加主作用力F1，壓頭壓入深度，壓頭壓入深度為為h1，表逆時(shí)針轉(zhuǎn)到相應(yīng)刻度位置，表逆時(shí)針

41、轉(zhuǎn)到相應(yīng)刻度位置，h1包括彈性變形與塑性變形。包括彈性變形與塑性變形。洛氏硬度洛氏硬度(c) F1卸除后，總變形中的彈性變形恢復(fù)，壓頭回升一段距離（卸除后，總變形中的彈性變形恢復(fù)，壓頭回升一段距離（h2-h1），此時(shí)塑性變形深度即為壓痕深度），此時(shí)塑性變形深度即為壓痕深度h，最終表盤指針?biāo)讣礊?，最終表盤指針?biāo)讣礊槁迨嫌捕戎?。洛氏硬度值。洛氏硬度洛氏硬度壓頭：壓頭：（1）頂角為）頂角為1200的金鋼石圓錐體的金鋼石圓錐體適于測(cè)定淬火鋼材等較硬的材料；適于測(cè)定淬火鋼材等較硬的材料；（2）直徑為）直徑為1/16 (1.5875mm) (12.70mm)的鋼球的鋼球適于測(cè)定退火鋼、有色金屬等較軟適

42、于測(cè)定退火鋼、有色金屬等較軟材料材料洛氏硬度可統(tǒng)一用下式來(lái)定義：洛氏硬度可統(tǒng)一用下式來(lái)定義：002. 0hkHRK為常數(shù)，采用金剛石圓錐體壓頭為常數(shù)，采用金剛石圓錐體壓頭時(shí)為時(shí)為0.2，采用鋼球壓頭時(shí)為，采用鋼球壓頭時(shí)為0.262.洛氏硬度的試驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用洛氏硬度的試驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用洛氏硬度洛氏硬度上述標(biāo)尺的洛氏硬度，因施加的壓力大，不宜用于測(cè)定極薄工件和上述標(biāo)尺的洛氏硬度，因施加的壓力大，不宜用于測(cè)定極薄工件和表面硬化層。表面洛氏硬度表面硬化層。表面洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度3.洛氏硬度的表示方法洛氏硬度的表示方法a.硬度硬度HR標(biāo)尺字母：標(biāo)尺字母：60HRCHRB有鋼球有鋼球(S)和硬質(zhì)合金球和

43、硬質(zhì)合金球(W)，此二者測(cè)試結(jié)果不同，此二者測(cè)試結(jié)果不同b.表面洛氏硬度：硬度表面洛氏硬度：硬度HR總試總試驗(yàn)力標(biāo)尺驗(yàn)力標(biāo)尺70HR30N4. 洛氏硬度間、洛氏硬度與布氏洛氏硬度間、洛氏硬度與布氏硬度間的換算關(guān)系硬度間的換算關(guān)系HRC = 2 HRA - 104HB = 10 HRC在在HRC = 40 60范圍內(nèi)范圍內(nèi)HB = 2 HRB5.洛氏硬度試驗(yàn)方法的選擇洛氏硬度試驗(yàn)方法的選擇1)其所測(cè)硬度范圍應(yīng)在其所測(cè)硬度范圍應(yīng)在 該方法該方法所允許的范圍內(nèi)。如應(yīng)所允許的范圍內(nèi)。如應(yīng)HRC在在20 67之間；若材料硬度小于之間；若材料硬度小于HRC20，則應(yīng)選用，則應(yīng)選用B標(biāo)尺；若標(biāo)尺；若大于大于

44、HRC67，則應(yīng)選用，則應(yīng)選用A標(biāo)尺標(biāo)尺2)從材料角度看，淬火后經(jīng)不從材料角度看，淬火后經(jīng)不同溫度回火的鋼材、各種工模同溫度回火的鋼材、各種工模具鋼及滲層厚度大于具鋼及滲層厚度大于0.5mm的的滲碳層等較硬的材料，常采用滲碳層等較硬的材料，常采用洛氏硬度洛氏硬度C標(biāo)尺法；標(biāo)尺法；對(duì)于硬質(zhì)合金之類的很硬材料，對(duì)于硬質(zhì)合金之類的很硬材料，常采用洛氏硬度常采用洛氏硬度A標(biāo)尺法標(biāo)尺法;洛氏硬度洛氏硬度當(dāng)零件或工模具的滲層較淺時(shí)，如氮化層，滲硼層，可選用表面洛當(dāng)零件或工模具的滲層較淺時(shí)，如氮化層，滲硼層，可選用表面洛氏硬度法。氏硬度法。6.洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）因有硬質(zhì)

45、、軟質(zhì)兩種壓頭，）因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問(wèn)題不存在壓頭變形問(wèn)題;2）因?yàn)橛捕戎悼芍苯幼x出）因?yàn)橛捕戎悼芍苯幼x出;3）對(duì)試件表面造成的損傷較小，）對(duì)試件表面造成的損傷較小，可用于成品零件的質(zhì)量檢驗(yàn)可用于成品零件的質(zhì)量檢驗(yàn);4）因加有預(yù)載荷，可以消除表面）因加有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。輕微的不平度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）洛氏硬度存在人為的定義，）洛氏硬度存在人為的定義，使得不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無(wú)使得不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無(wú)法相互比較法相互比較;2）由于壓痕小，所以洛氏硬）由于壓痕小，所以洛

46、氏硬度對(duì)材料組織的不均勻性很敏度對(duì)材料組織的不均勻性很敏感，測(cè)試結(jié)果比較分散，重復(fù)感，測(cè)試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差，因而不適用具有粗大組性差，因而不適用具有粗大組成相成相(如灰鑄鐵中的石墨片如灰鑄鐵中的石墨片)或或不均勻組織材料的硬度測(cè)定。不均勻組織材料的硬度測(cè)定。6 硬硬 度度四、維氏硬度四、維氏硬度1.維氏硬度的測(cè)定原理和方法維氏硬度的測(cè)定原理和方法原理和布氏硬度相同原理和布氏硬度相同;維氏硬度采用錐面夾角為維氏硬度采用錐面夾角為136 的四方金鋼石角錐體壓頭。的四方金鋼石角錐體壓頭。四方角錐壓頭，當(dāng)載荷改變時(shí)壓四方角錐壓頭，當(dāng)載荷改變時(shí)壓入角不變，因此載荷可以任意選入角不變，因此載荷可以任

47、意選擇。擇。選取選取136 ，是為了所測(cè)數(shù)據(jù)與，是為了所測(cè)數(shù)據(jù)與HB值能得到最好的配合。值能得到最好的配合。布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，壓痕直徑布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，壓痕直徑d多多半在半在0.25D到到0.50D之間之間當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)通過(guò)此壓痕直徑作壓球的切線，通過(guò)此壓痕直徑作壓球的切線，切線的夾角正好等于切線的夾角正好等于136 ，通，通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)所得到的硬度值過(guò)維氏硬度試驗(yàn)所得到的硬度值和通過(guò)布氏硬度試驗(yàn)所得到的硬和通過(guò)布氏硬度試驗(yàn)所得到的硬度度 值能完全相等。值能完全相等。維氏硬度維氏硬度測(cè)量壓痕測(cè)量壓痕兩對(duì)角線的長(zhǎng)度后取平兩對(duì)角線的長(zhǎng)度后取平均值均值d，維氏硬度值可用下式計(jì)算：維氏硬度值可用下式計(jì)算：維氏

48、硬度的單位為維氏硬度的單位為kgf/mm2 所加的載荷所加的載荷50N，100N， 200N，300N，500N，1000N等六種。等六種。2.維氏硬度的表示方法維氏硬度的表示方法640HV30/20,前面的數(shù)字為硬度前面的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字依次為所加載荷值，后面的數(shù)字依次為所加載荷（Kgf）和保持時(shí)間）和保持時(shí)間4)需通過(guò)測(cè)量對(duì)角線后才能計(jì)算需通過(guò)測(cè)量對(duì)角線后才能計(jì)算(或查表或查表)出來(lái)。出來(lái)。3）精度較布氏硬度法高）精度較布氏硬度法高,當(dāng)材料當(dāng)材料的硬度小于的硬度小于450HV時(shí)，時(shí)， 維氏硬度維氏硬度值與布氏硬度值大致相同值與布氏硬度值大致相同;2）維氏硬度法測(cè)量范圍較寬，軟）維氏硬度法測(cè)量范圍較寬，軟硬材料都可測(cè)試，并且比洛氏硬硬材料都可測(cè)試，并且比洛氏硬度法能更好地測(cè)定薄件或薄層的度法能更好地測(cè)定薄件或薄層的硬度，因而常用來(lái)測(cè)定表面硬度，因而常用來(lái)測(cè)定表面 硬化硬化層及儀表零件等的硬度層及儀表零件等的硬度;1）壓痕的幾何形狀相同，載荷大）壓痕的幾何形狀相同，載荷大小可以任意選擇，所得硬度值均小可以任意選擇，所得硬度值均相同相同;3.維氏硬度的特點(diǎn)維氏硬度的特點(diǎn)維氏硬度維氏硬度載荷為載荷為0.5120kgf時(shí)，應(yīng)根據(jù)