材料力學(xué)性能2

材料力學(xué)性能2第1頁/共92頁材料力學(xué)性能的定義:材料在外加載荷（外力）作用下，或載荷與環(huán)境因素（如溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為，又稱為力學(xué)行為。宏觀上一般表現(xiàn)為材料的變形或斷裂。第2頁/共92頁材料的力學(xué)性能指標(biāo)或判據(jù)。機(jī)器零件（簡稱機(jī)件）的承載條件一般用各種力學(xué)參數(shù)（如應(yīng)力、斷裂韌度等），所以就將表征材料的力學(xué)參數(shù)的臨界值或規(guī)定值稱為材料的力學(xué)性能指標(biāo)或判據(jù)。材料力學(xué)性能指標(biāo)具體數(shù)值的高低表示材料抵抗變形和斷裂能力的大小，是評(píng)定材料質(zhì)量的主要依據(jù)。第3頁/共92頁第1章靜載荷下材料的力學(xué)性能1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線

拉伸試驗(yàn)是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法之一。本章將詳細(xì)討論金屬材料在單向拉伸靜載荷作用下的基本力學(xué)性能指標(biāo)如：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率和斷面伸長率等。拉伸試驗(yàn)是指在室溫大氣中，光滑試樣在緩慢施加的單向載荷作用下，測定材料的力學(xué)性能的方法。拉伸試驗(yàn)機(jī)通常帶有自動(dòng)記錄或繪圖裝置，用以記錄或繪制試樣所受載荷與伸長量之間的關(guān)系，這種曲線稱為拉伸圖或力-伸長曲線。第4頁/共92頁第5頁/共92頁第6頁/共92頁第7頁/共92頁圖1-4鋁合金（5454-H34）

圖1-5聚氯乙烯

圖1-6蘇打石灰玻璃第8頁/共92頁當(dāng)應(yīng)力低于σe時(shí)，應(yīng)力與試樣的應(yīng)變成正比，應(yīng)力去除，變形消失，即試樣處于彈性變形階段，σe為材料的彈性極限，它表示材料保持完全彈性變形的最大應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過σe后，應(yīng)力與應(yīng)變之間的直線關(guān)系被破壞，并出現(xiàn)屈服平臺(tái)或屈服齒。如果卸載，試樣的變形只能部分恢復(fù)，而保留一部分殘余變形，即塑性變形，這說明鋼的變形進(jìn)入彈塑性變形階段。σs稱為材料的屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)，對(duì)于無明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限。當(dāng)應(yīng)力超過σs后，試樣發(fā)生明顯而均勻的塑性變形，若使試樣的應(yīng)變增大，則必須增加應(yīng)力值，這種隨著塑性變形的增大，塑性變形抗力不斷增加的現(xiàn)象稱為加工硬化或形變強(qiáng)化。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到σb時(shí)試樣的均勻變形階段即告終止，此最大應(yīng)力σb稱為材料的強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度，它表示材料對(duì)最大均勻塑性變形的抗力。在σb值之后，試樣開始發(fā)生不均勻塑性變形并形成縮頸，應(yīng)力下降，最后應(yīng)力達(dá)到σk時(shí)試樣斷裂。σk為材料的條件斷裂強(qiáng)度，它表示材料對(duì)塑性的極限抗力。

第9頁/共92頁第二節(jié)彈性變形一、彈性變形及其實(shí)質(zhì)彈性變形及其實(shí)質(zhì)：彈性變形是一種可逆變形（即卸載后可以恢復(fù)變形前形狀的變形，熱力學(xué)意義上的可逆變形）。第10頁/共92頁彈性模量定義：當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€(gè)單位時(shí)，彈性模量即為彈性應(yīng)力，即產(chǎn)生100%彈性變形時(shí)所需要的應(yīng)力。這個(gè)定義對(duì)金屬來講是沒有任何意義的，這是因?yàn)榻饘俨牧纤墚a(chǎn)生的彈性變形量是很小的。在彈性變形階段，大多數(shù)金屬的應(yīng)力與應(yīng)變之間符合虎克定律的正比關(guān)系。它表示材料在外載荷下抵抗彈性變形的能力。

不同類型的材料，其彈性模量可以差別很大，幾種常見材料的彈性模量見書上表1.1。第11頁/共92頁

材料的彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合力，而材料的成分和組織對(duì)它的影響不大。材料的成分和組織對(duì)彈性模量影響不大取決于結(jié)合鍵和子間結(jié)合力共價(jià)鍵的彈性模量最高剛度影響不大強(qiáng)度影響顯著第12頁/共92頁第13頁/共92頁1.2.2彈性比功又稱彈性比能、應(yīng)變比能，表示材料吸收彈性變形功的能力第14頁/共92頁1.2.3、滯彈性在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨著時(shí)間延長產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象，稱為滯彈性。第15頁/共92頁由于實(shí)際金屬具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加載卸載時(shí)，由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，稱為彈性滯后環(huán)（圖a）。如果施加交變載荷，且最大應(yīng)力低于宏觀彈性極限，加載速率比較大，則也得到彈性滯后環(huán)（圖b）。如果交變載荷中最大應(yīng)力超過宏觀彈性極限，就會(huì)得到塑性滯后環(huán)（圖c）。第16頁/共92頁金屬的循環(huán)韌性定義：金屬材料在交變載荷（或振動(dòng)）下吸收不可逆變形功的能力，也稱為金屬的內(nèi)耗或消振性。意義：循環(huán)韌性越高，機(jī)件依靠自身的消振能力越好，所以高循環(huán)韌性對(duì)于降低機(jī)器的噪聲，抑制高速機(jī)械的振動(dòng)，防止共振導(dǎo)致疲勞斷裂意義重大。第17頁/共92頁1.2.4、包申格效應(yīng)（Bauschinger）第18頁/共92頁包申格效應(yīng)的定義：金屬材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，殘余應(yīng)變約1-4%，卸載后再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（彈性極限或屈服強(qiáng)度）增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。注：所有退火狀態(tài)和高溫回火的金屬與合金都有包辛格效應(yīng)?？捎脕硌芯坎牧霞庸び不臋C(jī)制。第19頁/共92頁第20頁/共92頁消除包申格效應(yīng)的方法：(1)預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形；(2)在第二次反向受力前先使金屬材料于回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火，如鋼在400-500℃，銅合金在250-270℃退火。第21頁/共92頁第三節(jié)塑性變形階段一、塑性變形方式和特點(diǎn)變形方式：(1)滑移(2)孿生第22頁/共92頁多晶金屬中每一晶?；谱冃蔚囊?guī)律與單晶金屬相同，但是多晶金屬中存在晶界，各晶粒的取向也不相同，因而其塑性變形有如下特點(diǎn)：(1)各晶粒變形、不同時(shí)性和不均勻性(2)各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性第23頁/共92頁二、屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）屈服現(xiàn)象是材料產(chǎn)生宏觀塑性變形的一種標(biāo)志。金屬材料從彈性變形階段向塑性變形階段的過渡明顯，表明外力保持恒定時(shí)試樣仍繼續(xù)伸長，或者外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，然后外力幾乎不變時(shí)，試樣仍繼續(xù)伸長變形，這就是屈服現(xiàn)象。呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料在拉伸時(shí)，試樣在外力保持恒定仍能繼續(xù)伸長的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，又稱屈服強(qiáng)度。第24頁/共92頁工程中常用的三種屈服標(biāo)準(zhǔn)：比例極限彈性極限屈服強(qiáng)度第25頁/共92頁第26頁/共92頁第27頁/共92頁三、影響屈服強(qiáng)度的因素內(nèi)在因素外在因素結(jié)合鍵組織結(jié)構(gòu)原子本性陶瓷、高分子材料溫度應(yīng)變速率應(yīng)力狀態(tài)第28頁/共92頁固溶強(qiáng)化形變強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化晶界和亞晶強(qiáng)化四種影響金屬材料屈服強(qiáng)度的強(qiáng)化機(jī)制第29頁/共92頁四、加工硬化（形變強(qiáng)化）定義：在金屬整個(gè)變形過程中，當(dāng)外力超過屈服強(qiáng)度之后，塑性變形并不是像屈服平臺(tái)那樣連續(xù)流變下去，而需要不斷增加外力才能繼續(xù)進(jìn)行，這說明金屬有一種阻止繼續(xù)塑性變形的抗力，這種抗力就是應(yīng)變硬化性能。第30頁/共92頁加工硬化的作用：(1)加工硬化可使金屬機(jī)件具有一定的抗偶然過載能力，保證機(jī)件安全。(2)加工硬化和塑性變形適當(dāng)配合可使金屬均勻塑性變形，保證冷變形工藝順利實(shí)施。（如果沒有加工硬化能力，任何冷加工成型的工藝都是無法進(jìn)行。）(3)可降低塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。第31頁/共92頁加工硬化指數(shù)可以反映金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。第32頁/共92頁五、縮頸現(xiàn)象和抗拉強(qiáng)度（一）定義縮頸是金屬等韌性材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象，這是應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果。（二）縮頸判據(jù)第33頁/共92頁第34頁/共92頁抗拉強(qiáng)度定義：拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣拉斷過程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。實(shí)際意義：(1)標(biāo)志塑性金屬材料的實(shí)際承載能力；(2)一定場合下抗拉強(qiáng)度可作為設(shè)計(jì)依據(jù)；(3)抗拉強(qiáng)度的高低由屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化指數(shù)來決定。第35頁/共92頁六、塑性度量（一）塑性與塑性指標(biāo)塑性定義：指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。第36頁/共92頁第37頁/共92頁（二）塑性的意義與影響因素對(duì)機(jī)件來講，都要求材料具有一定的塑性，以防止機(jī)件偶然過載時(shí)產(chǎn)生突然破壞。影響因素：1.溶質(zhì)元素會(huì)降低鐵素體的塑性；2.鋼的塑性受碳化物體積比以及形狀的影響；3.細(xì)化顆?？墒共牧系乃苄栽黾?。第38頁/共92頁第四節(jié)金屬的斷裂一、斷裂的類型根據(jù)斷裂前塑性變化大小分類：（一）韌性斷裂和脆性斷裂韌性斷裂：指金屬斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個(gè)緩慢的撕裂過程，在裂紋擴(kuò)展過程中不斷消耗能量。磨損、腐蝕、斷裂是機(jī)件的三種主要失效形式。裂紋過程包括：裂紋形式與擴(kuò)展。第39頁/共92頁

中、低強(qiáng)度鋼的光滑圓柱試樣在室溫下的靜拉伸斷裂是典型的韌性斷裂。第40頁/共92頁韌性斷裂的宏觀斷口同時(shí)具有上述三個(gè)區(qū)域，而脆性斷口纖維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒有。脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因此危害性很大。脆性斷裂的斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。板狀矩形拉伸試樣斷口呈人字紋花樣。第41頁/共92頁按裂紋擴(kuò)展的途徑分類：（二）穿晶斷裂與沿晶斷裂多晶金屬斷裂時(shí)，裂紋擴(kuò)展的路徑可能不同，穿晶斷裂的裂紋穿過晶體內(nèi)，而沿晶斷裂的裂紋沿晶界擴(kuò)展。第42頁/共92頁根據(jù)斷裂機(jī)理分類：（三）純剪切斷裂與微孔聚集型斷裂、解理斷裂(1)剪切斷裂：金屬材料在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂；包括滑斷（純剪切斷裂）和微孔聚集型斷裂。第43頁/共92頁微孔聚集型斷裂是通過微孔成核、長大聚合而導(dǎo)致材料分離。(2)解理斷裂：是指金屬材料在一定條件下（如低溫），當(dāng)外加正壓力達(dá)到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷裂；由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)平面為解理面。第44頁/共92頁根據(jù)斷裂面的取向分類：如果斷裂面取向垂直于最大正應(yīng)力，為正斷型斷裂；如果斷裂面取向與最大切應(yīng)力方向一致，而與最大正應(yīng)力方向成45度角，為切斷型斷裂。第45頁/共92頁第46頁/共92頁第47頁/共92頁二、解理斷裂的微觀斷口特征關(guān)于斷裂機(jī)理的三種理論：1.甄納-斯特羅位錯(cuò)塞積理論2.柯垂耳位錯(cuò)反應(yīng)理論3.史密斯理論第48頁/共92頁1.解理斷裂解理斷裂是沿特定界面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，斷裂斷口是由許多大致相當(dāng)于晶粒大小的解理面集合而成；這種大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面。在解理刻面內(nèi)部只從一個(gè)解理面發(fā)生解理破壞實(shí)際上是很少的，多數(shù)情況下，裂紋要跨越若干個(gè)相互平等的、而且位于不同高度的解理面，從而在同一刻面內(nèi)部出現(xiàn)了解理臺(tái)階和河流花樣。第49頁/共92頁解理臺(tái)階：是沿兩個(gè)高度不同的平行解理面上擴(kuò)展的解理裂紋相交形成的。(1)通過解理裂紋與螺型位錯(cuò)相交形成，(2)通過二次解理或撕裂形成。第50頁/共92頁第51頁/共92頁第52頁/共92頁2.準(zhǔn)解理在淬火回火鋼中，當(dāng)裂紋在晶粒內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)，難于嚴(yán)格的沿一定晶體學(xué)平面擴(kuò)展，斷裂路徑不再與晶粒位向有關(guān)，而主要與細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)有關(guān)，其微觀形態(tài)，與解理河流相似，但又不是真正的解理，所以稱為準(zhǔn)解理。第53頁/共92頁三、微孔聚集斷裂的微觀斷口特征第54頁/共92頁如果使微孔在垂直于正應(yīng)力的平面上各方向長大傾向相同，則在正應(yīng)力垂直于微孔的平面上便形成等軸韌窩。在扭轉(zhuǎn)載荷或受雙向不等拉伸條件下，因切應(yīng)力作用形成拉長韌窩。如在微孔周圍的應(yīng)力狀態(tài)為拉、彎聯(lián)合作用，微孔在拉長、長大同時(shí)還要被彎曲，形成在兩個(gè)相配斷口上方向相同的撕裂韌窩。第55頁/共92頁第56頁/共92頁四、斷裂強(qiáng)度（一）、理論斷裂強(qiáng)度在外加正應(yīng)力作用下，將晶體的兩個(gè)原子面沿垂直于處力方向拉斷所需的應(yīng)力，就是理論斷裂強(qiáng)度。第57頁/共92頁（二）、真實(shí)斷裂強(qiáng)度和靜力韌度韌性是材料的力學(xué)性能，是指材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力，或指材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。靜力韌度：是靜拉伸時(shí)單位體積材料斷裂前所吸收的功。第58頁/共92頁1.5其他加載方式下的力學(xué)性能1.5.1應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越“軟”，金屬越易于產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。α值越小，表示應(yīng)力狀態(tài)越“硬”，金屬越不易于產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。第59頁/共92頁1.5.2壓縮一、壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)(1)單向壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α=2，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應(yīng)力狀態(tài)都軟，所以主要用于拉伸時(shí)呈脆性的金屬材料力學(xué)性能的測定。(2)拉伸時(shí)塑性很好的材料，在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不斷裂。對(duì)于接觸面處承受多向壓縮應(yīng)力的機(jī)件，如滾動(dòng)軸承、套圈與滾動(dòng)體，常采用多向壓縮實(shí)驗(yàn)。第60頁/共92頁材料變形破壞方式第61頁/共92頁第62頁/共92頁第63頁/共92頁第64頁/共92頁二、壓縮試驗(yàn)可測定的主要壓縮性能指標(biāo)：一、規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力σpc試樣標(biāo)距段內(nèi)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，稱為規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力。二、抗壓強(qiáng)度單位試樣被壓至破壞過程中的最大應(yīng)力σbc第65頁/共92頁1.5.3彎曲一、彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)金屬桿狀試樣承受彎矩作用后，其內(nèi)部應(yīng)力主要為正應(yīng)力，與單向拉伸和壓縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力雷同但由于桿件截面上的應(yīng)力分布不均勻，表面最大，中心為零，且應(yīng)力方向發(fā)生變化所以金屬在彎曲加載下的力學(xué)行為與單純拉應(yīng)力或壓應(yīng)力作用下的力學(xué)行為不完全相同，有它自身的特點(diǎn)。第66頁/共92頁特點(diǎn)：(1)彎曲試驗(yàn)的試樣形狀簡單、操作方便，不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)的試樣偏斜對(duì)結(jié)果的影響，可用彎曲的撓度顯示材料的塑性。(2)彎曲試驗(yàn)時(shí)，樣品表面應(yīng)力最大，可靈敏的反映材料表面的缺陷。第67頁/共92頁二、彎曲試驗(yàn)將圓柱形或矩形試樣放置于一定跨距Ls的支座上，進(jìn)行三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲加載，通過記錄彎曲力f和試樣撓度f之間的關(guān)系曲線，就可確定金屬在彎曲力下的力學(xué)性能。第68頁/共92頁彎曲試驗(yàn)所測的主要性能指標(biāo)彎曲試驗(yàn)主要測定脆性或低塑性材料的抗彎強(qiáng)度。試樣彎曲至斷裂前達(dá)到的最大彎曲力，按彈性彎曲應(yīng)力公式計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力，稱為抗彎強(qiáng)度。彎曲試驗(yàn)還可測定彎曲彈性模量、斷裂撓度fbb和斷裂能量U等力學(xué)性能指標(biāo)。第69頁/共92頁第70頁/共92頁第四節(jié)扭轉(zhuǎn)一、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)當(dāng)圓柱試樣承受扭矩T進(jìn)行扭轉(zhuǎn)時(shí)，試樣表面的應(yīng)力狀態(tài)如圖2-6a所示，在與試樣軸線呈45°的兩個(gè)斜截面上作用最大與最小正應(yīng)力σ1及σ3，在與試樣軸線平行和垂直的截面上作用最大切應(yīng)力，兩種應(yīng)力的比值接近1。在彈性變形階段，試樣橫截面上的切應(yīng)力和切應(yīng)變沿半徑方向的分布是線性的（圖2-6b）。當(dāng)表層產(chǎn)生塑性變形后，切應(yīng)變的分布仍保持線性關(guān)系，但切應(yīng)力則因塑性變形而有所降低，呈非線性分布（圖2-6c）。第71頁/共92頁根據(jù)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)試樣所受的應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力分布，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)具有如下特點(diǎn)：(1)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α=0.8，比拉伸時(shí)的α大，易于顯示金屬的塑性行為。(2)圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)長度上塑性變形是均勻的，沒有縮頸現(xiàn)象。(3)能較敏感的反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能。(4)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等，而生產(chǎn)上所用大部分金屬材料的正斷抗力大于切斷抗力，所以扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測定這些材料切斷抗力最可靠的方法。第72頁/共92頁二、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可測定的主要性能指標(biāo)：(1)切變模量G(2)屈服點(diǎn)(3)抗扭強(qiáng)度第73頁/共92頁主要用途：本系列試驗(yàn)機(jī)主要用于水泥、混凝土試樣及構(gòu)件等建材產(chǎn)品的抗壓、抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)，也可用于橡膠墊的壓縮性能試驗(yàn)和金屬頂鍛試驗(yàn)。顯示方式有度盤式（YE系列）及數(shù)顯式（YES系列），YES系列試驗(yàn)機(jī)采用傳感器測力，數(shù)字顯示試驗(yàn)力及峰值，手動(dòng)控制試驗(yàn)進(jìn)程，既具有手動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的可靠性，又備有RS232C接口，可擴(kuò)展為具有微機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理功能，具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理與操作的新一代微機(jī)屏顯式壓力試驗(yàn)機(jī)。第74頁/共92頁主要用途：用于金屬材料和塑料、混凝土、水泥等非金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲和剪切試驗(yàn)。增加簡單附件，可完成膠帶、鏈條、鋼絲繩、電焊條及構(gòu)件的力學(xué)性能試驗(yàn)。第75頁/共92頁主要用途：廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、建工建材、汽車、造船等行業(yè)和大專院校、質(zhì)量檢測等部門，用于金屬、塑料、橡膠、彈簧、各種繩帶等材料及制品的機(jī)械性能測試研究。第76頁/共92頁第77頁/共92頁第六節(jié)硬度一、金屬硬度的意義及硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)硬度是表征材料軟硬程度的一種性能物理意義隨著試驗(yàn)方法不同而不同壓入法是應(yīng)用最廣泛的硬度測試方法壓入法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α>2，在這種應(yīng)力狀態(tài)下，幾乎所有的金屬材料都能產(chǎn)生塑性變形，所以這種方法也能測定硬質(zhì)合金、陶瓷等脆性材料的硬度。第78頁/共92頁二、硬度試驗(yàn)（一）布氏硬度試驗(yàn)原理：用直徑為D（mm）的鋼球或硬質(zhì)合金球的壓頭，加一定的試驗(yàn)力F（N），將其壓入試樣表面（右圖a），經(jīng)過規(guī)定的保持時(shí)間t（s）后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕，然后測量壓痕的平均直徑d（mm），求得壓痕的球形面積A（mm2）。第79頁/共92頁布氏硬度計(jì)試驗(yàn)法主要用于鑄鐵、鋼材、有色金屬及軟合金等材料的硬度測定，此外還可以用于塑料、電木等某些非金屬材料硬度的測定。適用于工廠、車間、試驗(yàn)室、大專院校和科研機(jī)構(gòu)。第80頁/共92頁布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：1.由于壓頭的直徑較大，所以壓痕面積較大，其硬度值能反映各組成相的平均性能，適合于測定灰鑄鐵、軸承合金的硬度；2.試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)：1.對(duì)不同材料需要更換壓頭直徑和改變試驗(yàn)力，壓痕直徑的測量較麻煩，所以不宜用于自動(dòng)檢測；2.壓痕較大時(shí)不宜在成品上實(shí)驗(yàn)。第81頁/共92頁（二）洛氏硬度試驗(yàn)(a)試驗(yàn)時(shí)先加初始試驗(yàn)力F0，以保證壓頭與試樣表面接觸良好，得到一個(gè)壓痕深度h0，此時(shí)指針指零。(b)施加主作用力F1，壓頭壓入深度為h1，表逆時(shí)針轉(zhuǎn)到相應(yīng)刻度位置，h1包括彈性變形與塑性變形。(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（h2-h1），此時(shí)塑性變形深度即為壓痕深度h，最終表盤指針?biāo)讣礊槁迨嫌捕戎怠５?2頁/共92頁HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計(jì)是機(jī)電一體化的硬度測試儀器。該機(jī)外觀新穎，采用微機(jī)控制，硬度值以數(shù)字直接顯示。升降螺桿與旋輪間自動(dòng)反饋鎖合，外接打印機(jī)，除試臺(tái)升降外，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，消除了操作和讀數(shù)誤差。該硬度計(jì)適用于黑色金屬、有色金屬和非金屬材料的硬度測定。第83頁/共92頁第84頁/共92頁洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：1.操作簡便、迅速、硬度值可直接讀出；2.壓痕小，可在工件上直接實(shí)驗(yàn)；3.采用不同標(biāo)尺可測定各種軟硬不同的金屬或厚薄不一的試樣硬度，可廣泛用于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。洛氏硬度的缺點(diǎn)：1.壓痕較小，代表性差；2.若材料中存在偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；3.用不同標(biāo)尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。第85頁/共92頁（三）維氏硬度試驗(yàn)維氏硬度試驗(yàn)的原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。不同的是試驗(yàn)用的壓頭不同，是兩個(gè)相對(duì)面間夾角α為136°的金剛石四棱錐體。第86頁/共92頁壓頭在試驗(yàn)力F（N）作用下將樣品表面壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測量壓痕對(duì)角線平均長度d，d=(d1+