第1章金屬材料的性能

1、第第 1 1 章章 金屬材料的性能金屬材料的性能 金屬材料的性能金屬材料的性能 分為使用性能和工藝性分為使用性能和工藝性 能。能。 使用性能使用性能 為保證工件正常工作材料應(yīng)具為保證工件正常工作材料應(yīng)具 備的性能。金屬使用性能包括備的性能。金屬使用性能包括力學(xué)性能、物理力學(xué)性能、物理 性能，化學(xué)性能性能，化學(xué)性能。 工藝性能工藝性能 材料在加工過程中所表現(xiàn)出的材料在加工過程中所表現(xiàn)出的 性能。性能。金屬使用性能包括金屬使用性能包括包括包括鑄造、鍛壓、焊鑄造、鍛壓、焊 接、熱處理和切削加工性能接、熱處理和切削加工性能等。等。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 金屬材料的力學(xué)性

2、能是金屬抵抗外加載荷引起金屬材料的力學(xué)性能是金屬抵抗外加載荷引起 的變形和斷裂的能力，又稱機(jī)械性能。金屬的常用的變形和斷裂的能力，又稱機(jī)械性能。金屬的常用 力學(xué)性能主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)力學(xué)性能主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng) 度等。度等。 一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)強(qiáng) 度度 是指金屬在靜載荷作用下抵抗永久變是指金屬在靜載荷作用下抵抗永久變 形和斷裂的能力。形和斷裂的能力。 塑塑 性性 是指金屬在靜載荷作用下發(fā)生不可逆是指金屬在靜載荷作用下發(fā)生不可逆 變形的能力。變形的能力。 拉伸試樣拉伸試樣 根據(jù)根據(jù)GB6397-86GB6397-86金屬拉伸試樣金屬拉伸試樣 要求，

3、將被測(cè)金屬材料制成圖所示的標(biāo)準(zhǔn)試樣。要求，將被測(cè)金屬材料制成圖所示的標(biāo)準(zhǔn)試樣。 圖中圖中d do o為試樣直徑，為試樣直徑，lo o為測(cè)定塑性用的標(biāo)距長(zhǎng)度。為測(cè)定塑性用的標(biāo)距長(zhǎng)度。 試樣分為長(zhǎng)試樣和短試樣，對(duì)圓形拉伸試樣，試樣分為長(zhǎng)試樣和短試樣，對(duì)圓形拉伸試樣，長(zhǎng)試長(zhǎng)試 樣樣lo o=10 d=10 do o ；短試樣短試樣lo o=5 d=5 do o 。 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn) 拉伸試驗(yàn)是在拉伸試驗(yàn)是在 拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行上進(jìn)行 的。的。 金屬材料的強(qiáng)度和塑性是通過金屬材料的強(qiáng)度和塑性是通過拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)測(cè)定出測(cè)定出 來的。來的。 試驗(yàn)時(shí)，將試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，在試樣兩端試驗(yàn)時(shí)，將試樣

4、裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，在試樣兩端 緩慢地施加軸向拉伸載荷緩慢地施加軸向拉伸載荷，使試樣承受軸向靜拉力。，使試樣承受軸向靜拉力。 隨著載荷不斷增加，試樣被逐步拉長(zhǎng)，隨著載荷不斷增加，試樣被逐步拉長(zhǎng)，直到拉斷直到拉斷。 在拉伸過程中，試驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)記錄每一瞬間的載荷在拉伸過程中，試驗(yàn)機(jī)將自動(dòng)記錄每一瞬間的載荷F F 和伸長(zhǎng)量和伸長(zhǎng)量l，并繪出拉伸曲線。，并繪出拉伸曲線。 低碳鋼的拉伸曲線低碳鋼的拉伸曲線 拉斷后的試樣拉斷后的試樣 拉伸試驗(yàn)視頻拉伸試驗(yàn)視頻 低碳鋼拉伸曲線分析低碳鋼拉伸曲線分析 低碳鋼在拉伸過程中試樣所受拉力與伸長(zhǎng)量低碳鋼在拉伸過程中試樣所受拉力與伸長(zhǎng)量ll之之 間有如下關(guān)系：間有如下關(guān)系：

5、 opop段：段：為一條斜線，為一條斜線， 試樣伸長(zhǎng)量試樣伸長(zhǎng)量l與拉力成與拉力成 正比關(guān)系，完全符合虎正比關(guān)系，完全符合虎 克定律。在此拉力和變克定律。在此拉力和變 形范圍內(nèi)，去除拉力，形范圍內(nèi)，去除拉力， 材料能恢復(fù)到原來的尺材料能恢復(fù)到原來的尺 寸和形狀，為寸和形狀，為彈性變形彈性變形 階段；階段； pepe段：段：在該區(qū)間，伸長(zhǎng)量與拉力不在該區(qū)間，伸長(zhǎng)量與拉力不成正比關(guān)系成正比關(guān)系， 伸長(zhǎng)量與拉力之間的關(guān)系不符合比例關(guān)系，但去除伸長(zhǎng)量與拉力之間的關(guān)系不符合比例關(guān)系，但去除 拉力后，材料仍能恢復(fù)到原來的尺寸和形狀，因此拉力后，材料仍能恢復(fù)到原來的尺寸和形狀，因此 該階段仍為該階段仍為彈性

6、變形階段彈性變形階段； eses段：段：該段曲線呈該段曲線呈 現(xiàn)水平或鋸齒形，試樣現(xiàn)水平或鋸齒形，試樣 表現(xiàn)為在表現(xiàn)為在拉力不增加拉力不增加的的 情況下，情況下，伸長(zhǎng)量卻繼續(xù)伸長(zhǎng)量卻繼續(xù) 增加增加；去除載荷后，材；去除載荷后，材 料已不能恢復(fù)原狀，開料已不能恢復(fù)原狀，開 始出現(xiàn)塑性變形，這種始出現(xiàn)塑性變形，這種 現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為屈服屈服； sb sb段：段：當(dāng)拉力超過屈服點(diǎn)拉力后，試樣隨拉力當(dāng)拉力超過屈服點(diǎn)拉力后，試樣隨拉力 的增加繼續(xù)伸長(zhǎng)直到的增加繼續(xù)伸長(zhǎng)直到b b點(diǎn)，該階段為均勻變形階段；點(diǎn)，該階段為均勻變形階段； bkbk段：段：在試樣的在試樣的 局部開始產(chǎn)生收縮，局部開始產(chǎn)生收縮， 產(chǎn)

7、生產(chǎn)生“縮頸縮頸”現(xiàn)象，此現(xiàn)象，此 時(shí)試樣承受拉力的能時(shí)試樣承受拉力的能 力下降直至力下降直至k k點(diǎn)而斷裂。點(diǎn)而斷裂。 1 1強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo) 強(qiáng)度是用強(qiáng)度是用應(yīng)力應(yīng)力來表示的，即材料受載荷作用后來表示的，即材料受載荷作用后 內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與載荷相平衡的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與載荷相平衡的內(nèi)力，單位面積上的 內(nèi)力稱為應(yīng)力，用內(nèi)力稱為應(yīng)力，用表示，即：表示，即： =F/S=F/S0 0 常用的強(qiáng)度指標(biāo)有常用的強(qiáng)度指標(biāo)有彈性極限、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)彈性極限、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng) 度度。 （1 1）彈性極限彈性極限 彈性極限是指試樣產(chǎn)生完全彈性極限是指試樣產(chǎn)生完全 彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力，用符號(hào)

8、彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力，用符號(hào)e e表示，表示， 單位為單位為MPaMPa。彈性極限的值可下式計(jì)算：。彈性極限的值可下式計(jì)算： e e=F=Fe e/S/S0 0 （2 2）屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) 屈服點(diǎn)是指試樣在拉伸試驗(yàn)過程屈服點(diǎn)是指試樣在拉伸試驗(yàn)過程 中，中，力不增加力不增加（或保持恒定）仍然能（或保持恒定）仍然能繼續(xù)伸長(zhǎng)繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的時(shí)的 最小應(yīng)力最小應(yīng)力。屈服點(diǎn)用符號(hào)。屈服點(diǎn)用符號(hào)s s表示，單位為表示，單位為MPaMPa。屈。屈 服點(diǎn)的值可用下式計(jì)算：服點(diǎn)的值可用下式計(jì)算： s s=F=Fs s/S/S0 0 對(duì)于沒有明顯的屈服對(duì)于沒有明顯的屈服 現(xiàn)象的材料，無法確定出現(xiàn)象的材料，無法確定

9、出 屈服點(diǎn)，按屈服點(diǎn)，按GB/T228GB/T228規(guī)定，規(guī)定， 可用試樣標(biāo)距部分可用試樣標(biāo)距部分殘余伸殘余伸 長(zhǎng)量長(zhǎng)量為為0.2%0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng) 力值力值0.2 0.2（又稱為 （又稱為屈服屈服 強(qiáng)度強(qiáng)度）來表示。）來表示。 （3 3）抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前 所能承受的所能承受的最大應(yīng)力值最大應(yīng)力值，用符號(hào)，用符號(hào)b b表示，單位表示，單位 為為MPaMPa。b b可用下式計(jì)算：可用下式計(jì)算： b b=F=Fb b/S/S0 0 屈服點(diǎn)（或屈服強(qiáng)度）、抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)（或屈服強(qiáng)度）、抗拉強(qiáng)度是金屬是金屬 材料的兩個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)，也是

10、大多數(shù)機(jī)材料的兩個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)，也是大多數(shù)機(jī) 械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。因?yàn)榱慵荒茉诔盗慵x材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。因?yàn)榱慵荒茉诔?過其屈服點(diǎn)（或屈服強(qiáng)度）的條件下工作，否過其屈服點(diǎn)（或屈服強(qiáng)度）的條件下工作，否 則會(huì)引起零件的塑性變形；更不能在超過其抗則會(huì)引起零件的塑性變形；更不能在超過其抗 拉強(qiáng)度的條件下工作，否則會(huì)導(dǎo)致零件的斷裂拉強(qiáng)度的條件下工作，否則會(huì)導(dǎo)致零件的斷裂 破壞。破壞。 2. 2.塑性塑性 塑性是材料在外力的作用下產(chǎn)生塑性是材料在外力的作用下產(chǎn)生塑性變形而不塑性變形而不 破壞破壞的能力。材料的塑性指標(biāo)可以用試樣拉斷時(shí)的的能力。材料的塑性指標(biāo)可以用試樣拉斷時(shí)的 最大相對(duì)變形量最

11、大相對(duì)變形量來表示，常用的塑性指標(biāo)有來表示，常用的塑性指標(biāo)有伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 （斷后伸長(zhǎng)率）和斷面收縮率（斷后伸長(zhǎng)率）和斷面收縮率。 （1 1）斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率是試樣拉斷后的斷后伸長(zhǎng)率是試樣拉斷后的 標(biāo)距增長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比標(biāo)距增長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比，用符號(hào)，用符號(hào)表示，可用表示，可用 下式計(jì)算：下式計(jì)算： =（L L1 1-L-L0 0）/L/L0 0100%100% 材料的伸長(zhǎng)率是隨原始標(biāo)距長(zhǎng)度的增加而減小材料的伸長(zhǎng)率是隨原始標(biāo)距長(zhǎng)度的增加而減小 的，同一材料的短試樣要比長(zhǎng)試樣所測(cè)得的伸長(zhǎng)率的，同一材料的短試樣要比長(zhǎng)試樣所測(cè)得的伸長(zhǎng)率 大大20%20% 50%50%左右，因此圓形長(zhǎng)

12、、短兩種試樣的伸長(zhǎng)左右，因此圓形長(zhǎng)、短兩種試樣的伸長(zhǎng) 率分別用率分別用10 10和 和5 5表示。表示。 （2 2）斷面收縮率斷面收縮率 斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面收縮率是指試樣拉斷后 縮頸處橫截面積的縮頸處橫截面積的縮減量縮減量與與原始橫截面積原始橫截面積之比，用之比，用 符號(hào)表示，可用下式計(jì)算：符號(hào)表示，可用下式計(jì)算： =（A0-A）/A0 100%100% 和和值愈大，材料的塑性愈好值愈大，材料的塑性愈好。良好的塑性不。良好的塑性不 僅是金屬材料進(jìn)行軋制、鍛造、沖壓、焊接的必要僅是金屬材料進(jìn)行軋制、鍛造、沖壓、焊接的必要 條件，而且在使用時(shí)萬一條件，而且在使用時(shí)萬一超載超載，由于產(chǎn)生塑

13、性變形，由于產(chǎn)生塑性變形， 能夠能夠避免突然斷裂避免突然斷裂。 二、硬度二、硬度 硬度是指材料硬度是指材料抵抗局部變形抵抗局部變形，特別是，特別是塑性變形、塑性變形、 壓痕或劃痕壓痕或劃痕的能力，它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。的能力，它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。 硬度試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)都是在硬度試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)都是在靜態(tài)力靜態(tài)力下測(cè)定材料力學(xué)下測(cè)定材料力學(xué) 性能的，但硬度試驗(yàn)由于基本上不損傷試樣，簡(jiǎn)便性能的，但硬度試驗(yàn)由于基本上不損傷試樣，簡(jiǎn)便 迅速，不需要單獨(dú)制作試樣，而是在工件上直接進(jìn)迅速，不需要單獨(dú)制作試樣，而是在工件上直接進(jìn) 行測(cè)試，因而在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。行測(cè)試，因而在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。 硬

14、度測(cè)定方法有硬度測(cè)定方法有壓入法、劃痕法、回彈法壓入法、劃痕法、回彈法等，等， 其中其中壓入法在生產(chǎn)中的應(yīng)用最為普遍壓入法在生產(chǎn)中的應(yīng)用最為普遍。壓入法是在。壓入法是在 規(guī)定試驗(yàn)力的作用下，將壓頭壓入金屬表面，然后規(guī)定試驗(yàn)力的作用下，將壓頭壓入金屬表面，然后 根據(jù)壓痕的面積大小或深度測(cè)定其硬度值。目前生根據(jù)壓痕的面積大小或深度測(cè)定其硬度值。目前生 產(chǎn)中應(yīng)用較多的是產(chǎn)中應(yīng)用較多的是布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度 試驗(yàn)法。試驗(yàn)法。 1 1布氏硬度布氏硬度 HBHB30003000布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 1 1指示燈指示燈 2 2壓頭壓頭 3 3工作臺(tái)工作臺(tái) 4 4立柱立柱

15、5 5絲杠絲杠 6 6手輪手輪 7 7載荷砝碼載荷砝碼 8 8壓緊螺釘壓緊螺釘 9 9定時(shí)器定時(shí)器 1010加載按鈕加載按鈕 布氏硬度的試驗(yàn)原理是用一定直徑布氏硬度的試驗(yàn)原理是用一定直徑D D的的淬火淬火 鋼球或硬質(zhì)合金球鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗(yàn)載荷，在規(guī)定的試驗(yàn)載荷F F的作用的作用 下壓入被測(cè)金屬表面（如圖所示），停留一定下壓入被測(cè)金屬表面（如圖所示），停留一定 的時(shí)間后卸除載荷，在被測(cè)金屬表面上留下一的時(shí)間后卸除載荷，在被測(cè)金屬表面上留下一 直徑為直徑為d d的壓痕，測(cè)量壓痕直徑的壓痕，測(cè)量壓痕直徑d d，并由此計(jì)算，并由此計(jì)算 壓痕的球缺面積壓痕的球缺面積A A， 然后再求出然后

16、再求出壓痕的壓痕的 單位面積上所承受單位面積上所承受 的平壓力的平壓力，以此作，以此作 為被測(cè)金屬的布氏為被測(cè)金屬的布氏 硬度值。硬度值。 布氏硬度值可用下式計(jì)算：布氏硬度值可用下式計(jì)算： 式中式中 F F載荷，載荷，kgfkgf； D D壓頭的直徑，壓頭的直徑，mmmm； d d被測(cè)金屬的壓痕直徑，被測(cè)金屬的壓痕直徑，mmmm。 布氏硬度實(shí)驗(yàn)視頻布氏硬度實(shí)驗(yàn)視頻 布氏硬度實(shí)驗(yàn)用布氏硬度實(shí)驗(yàn)用壓頭直徑壓頭直徑有有1010、5 5、2.52.5、2 2 和和1mm1mm五種規(guī)格；五種規(guī)格； 載荷（單位為載荷（單位為kgfkgf）與壓頭直徑平方的比值）與壓頭直徑平方的比值 （F/DF/D2 2）有

17、）有3030、1515、1010、5 5、2.52.5、1.251.25和和1 1共共7 7種，種， 具體可根據(jù)金屬材料的種類和布氏硬度范圍按具體可根據(jù)金屬材料的種類和布氏硬度范圍按 表選定；表選定； 載荷的保持時(shí)間載荷的保持時(shí)間黑色金屬為黑色金屬為101015s15s，有色，有色 金屬為金屬為30s30s，布氏硬度值小于，布氏硬度值小于3535時(shí)為時(shí)為60s60s。 F 2 D / 材材 料料布布 氏氏 硬硬 度度 鋼及鑄鐵鋼及鑄鐵 140140 140140 1010 3030 銅及其合金銅及其合金 3535 3535130130 130130 5 5 1010 3030 輕金屬及其合金輕

18、金屬及其合金 3535 35358080 8080 2.52.5（或（或1.251.25） 1010（或（或5 5、1515） 1010（或（或1515） 鉛、錫鉛、錫1.251.25（或（或1 1） 布氏硬度試驗(yàn)布氏硬度試驗(yàn)F/DF/D2 2值的選擇值的選擇 布氏硬度的標(biāo)注方法布氏硬度的標(biāo)注方法 布氏硬度用布氏硬度用HBHB表示，表示， 在使用淬火鋼球壓頭時(shí)用在使用淬火鋼球壓頭時(shí)用HBSHBS表示，適合于布氏硬表示，適合于布氏硬 度值在度值在450450以下以下的材料；使用硬質(zhì)合金壓頭時(shí)，用的材料；使用硬質(zhì)合金壓頭時(shí)，用 HBWHBW表示，適合于布氏硬度值在表示，適合于布氏硬度值在45045

19、0650650的材料。的材料。 所測(cè)得的硬度值應(yīng)在硬度符號(hào)的前面，硬度所測(cè)得的硬度值應(yīng)在硬度符號(hào)的前面，硬度 符號(hào)的后面用相應(yīng)的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗(yàn)力符號(hào)的后面用相應(yīng)的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗(yàn)力 大?。ù笮。╧gfkgf）和試驗(yàn)力保持的時(shí)間（一般試驗(yàn)力保）和試驗(yàn)力保持的時(shí)間（一般試驗(yàn)力保 持時(shí)間為持時(shí)間為101015s15s時(shí)不標(biāo)）。時(shí)不標(biāo)）。 例如：例如：180HBS10/1000/30180HBS10/1000/30表示用直徑為表示用直徑為10mm10mm 的淬火鋼球，在的淬火鋼球，在1000kgf1000kgf載荷作用下保持載荷作用下保持30s30s測(cè)得測(cè)得 的布氏硬度值為的布氏硬度值為

20、180180；500HBW5/750500HBW5/750表示用直徑為表示用直徑為 5mm5mm的硬質(zhì)合金球，在的硬質(zhì)合金球，在750kgf750kgf載荷作用下保持載荷作用下保持 101015s15s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為500500。 布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)布氏硬度的優(yōu)點(diǎn) 壓痕面積較大、其硬度值壓痕面積較大、其硬度值 比較穩(wěn)定，故測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，能客觀地反映比較穩(wěn)定，故測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，能客觀地反映 被測(cè)金屬的平均硬度，試驗(yàn)結(jié)果較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重被測(cè)金屬的平均硬度，試驗(yàn)結(jié)果較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重 復(fù)性強(qiáng)；復(fù)性強(qiáng)； 缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 測(cè)量費(fèi)時(shí)，壓痕大，不宜測(cè)試成品測(cè)量費(fèi)時(shí)，壓痕大，不宜測(cè)試成品 或薄片

21、零件的硬度?；虮∑慵挠捕?。 2洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度試驗(yàn)法是用一個(gè)洛氏硬度試驗(yàn)法是用一個(gè)錐角為錐角為120度度的的金金 剛石圓錐體剛石圓錐體或或直徑為直徑為1.588mm的淬火鋼球的淬火鋼球，在規(guī)，在規(guī) 定載荷作用下壓入被測(cè)金屬表面，由壓頭在金屬定載荷作用下壓入被測(cè)金屬表面，由壓頭在金屬 表面所形成的表面所形成的壓痕的深度壓痕的深度來確定其硬度值。來確定其硬度值。 試驗(yàn)時(shí)，先加初載試驗(yàn)時(shí)，先加初載 荷（荷（98.07N98.07N），然后加），然后加 主載荷，在初載荷主載荷，在初載荷+ +主主 載荷的壓力下保持一段載荷的壓力下保持一段 時(shí)間之后，去除主載荷，時(shí)間之后，去除主載荷， 在保

22、留初載荷的情況下，在保留初載荷的情況下， 根據(jù)試樣的根據(jù)試樣的壓痕深度壓痕深度e e 來衡量金屬硬度的大小。來衡量金屬硬度的大小。 洛氏硬度試驗(yàn)視頻洛氏硬度試驗(yàn)視頻 洛氏硬度試驗(yàn)原理圖洛氏硬度試驗(yàn)原理圖 洛氏硬度的計(jì)算：洛氏硬度的計(jì)算： 式中式中k k為常數(shù)，用金剛石圓錐作壓頭時(shí)，為常數(shù)，用金剛石圓錐作壓頭時(shí)，k k0.20.2 ；用鋼球作壓頭時(shí)，；用鋼球作壓頭時(shí)，k k0.260.26。 洛氏硬度的標(biāo)注洛氏硬度的標(biāo)注 洛氏硬度值為一洛氏硬度值為一無名數(shù)無名數(shù)， 硬度數(shù)值寫在符號(hào)硬度數(shù)值寫在符號(hào)HRHR的前面，的前面，HRHR后面為使用的標(biāo)后面為使用的標(biāo) 尺，如尺，如60HRC60HRC表示用

23、表示用“C C”標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為 6060。在試驗(yàn)時(shí)，洛氏硬度值均由硬度計(jì)的。在試驗(yàn)時(shí)，洛氏硬度值均由硬度計(jì)的刻度盤刻度盤 上直接讀出上直接讀出。 特特 點(diǎn)點(diǎn) 壓痕小，對(duì)試樣表面損傷小，常用來壓痕小，對(duì)試樣表面損傷小，常用來 直接檢驗(yàn)成品或半成品的硬度；試驗(yàn)操作迅速簡(jiǎn)直接檢驗(yàn)成品或半成品的硬度；試驗(yàn)操作迅速簡(jiǎn) 便，可以直接從試驗(yàn)機(jī)上讀出硬度值。當(dāng)采用不便，可以直接從試驗(yàn)機(jī)上讀出硬度值。當(dāng)采用不 同標(biāo)尺時(shí)，可測(cè)量出從極軟到極硬材料的硬度。同標(biāo)尺時(shí)，可測(cè)量出從極軟到極硬材料的硬度。 缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 壓痕小，對(duì)內(nèi)部組織和硬度不均勻的壓痕小，對(duì)內(nèi)部組織和硬度不均勻的 材料，所測(cè)

24、結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，在測(cè)試洛氏硬材料，所測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，在測(cè)試洛氏硬 度時(shí)在被測(cè)金屬的不同位置的三點(diǎn)測(cè)出硬度值，度時(shí)在被測(cè)金屬的不同位置的三點(diǎn)測(cè)出硬度值， 再計(jì)算其平均值。再計(jì)算其平均值。 3 3維氏硬度維氏硬度 維氏硬度的測(cè)定原理維氏硬度的測(cè)定原理 與布氏硬度相同與布氏硬度相同。不同的。不同的 是維氏硬度采用的是用一是維氏硬度采用的是用一 個(gè)相對(duì)面夾角為個(gè)相對(duì)面夾角為136136的的 金剛石正四棱錐作壓頭。金剛石正四棱錐作壓頭。 維氏硬度視頻維氏硬度視頻 維氏硬度值的計(jì)算：維氏硬度值的計(jì)算： 布氏硬度的標(biāo)注與布氏硬度一樣，習(xí)慣上也只布氏硬度的標(biāo)注與布氏硬度一樣，習(xí)慣上也只 寫出硬度數(shù)值

25、而不標(biāo)出單位。在硬度符號(hào)寫出硬度數(shù)值而不標(biāo)出單位。在硬度符號(hào)HV之前的之前的 數(shù)字為硬度值，數(shù)字為硬度值，HV后面的數(shù)值依次表示載荷和載荷后面的數(shù)值依次表示載荷和載荷 保持的時(shí)間（保持時(shí)間為保持的時(shí)間（保持時(shí)間為1015s時(shí)不標(biāo)注）。如：時(shí)不標(biāo)注）。如： 640HV30表示在表示在30kgf載荷作用下，保持載荷作用下，保持1015s 測(cè)得的維氏硬度值為測(cè)得的維氏硬度值為640。 620HV3020表示在表示在 30kgf載荷作用下，保持載荷作用下，保持20s測(cè)得的維氏硬度值為測(cè)得的維氏硬度值為 620。 維氏硬度的特點(diǎn)維氏硬度的特點(diǎn) 適用范圍廣，從極軟到極適用范圍廣，從極軟到極 硬的材料都可以

26、進(jìn)行測(cè)量，連續(xù)性好，可測(cè)量硬的材料都可以進(jìn)行測(cè)量，連續(xù)性好，可測(cè)量 較薄或表面硬度值較大的材料的硬度。尤其適較薄或表面硬度值較大的材料的硬度。尤其適 用于零件表面層硬度的測(cè)量，如化學(xué)熱處理的用于零件表面層硬度的測(cè)量，如化學(xué)熱處理的 滲層硬度測(cè)量。滲層硬度測(cè)量。 缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 維氏硬度測(cè)試時(shí)對(duì)試樣表面質(zhì)量要維氏硬度測(cè)試時(shí)對(duì)試樣表面質(zhì)量要 求較高，測(cè)試過程比較麻煩，效率較低，沒有求較高，測(cè)試過程比較麻煩，效率較低，沒有 洛氏硬度方便，因此不適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的常規(guī)洛氏硬度方便，因此不適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的常規(guī) 試驗(yàn)，且因所施加的試驗(yàn)載荷小，壓入深度較試驗(yàn)，且因所施加的試驗(yàn)載荷小，壓入深度較 淺，所測(cè)數(shù)據(jù)精確度

27、不高。淺，所測(cè)數(shù)據(jù)精確度不高。 三、沖擊韌性三、沖擊韌性 以很大速度作用于工件上的載荷稱為以很大速度作用于工件上的載荷稱為沖擊沖擊 載荷載荷。 金屬材料在沖擊載荷的作用下，抵抗破壞金屬材料在沖擊載荷的作用下，抵抗破壞 的能力叫做的能力叫做沖擊韌性沖擊韌性。 實(shí)際使用的大多數(shù)零件和工具在工作過程實(shí)際使用的大多數(shù)零件和工具在工作過程 中往往受到的是沖擊力的作用，如鍛錘的錘桿、中往往受到的是沖擊力的作用，如鍛錘的錘桿、 沖床的沖頭等，這些工件除要求強(qiáng)度、塑性、沖床的沖頭等，這些工件除要求強(qiáng)度、塑性、 硬度外，還必須具有足夠抵抗沖擊載荷能力。硬度外，還必須具有足夠抵抗沖擊載荷能力。 沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)

28、沖擊試樣沖擊試樣 有夏比有夏比U U型缺口試樣和夏比型缺口試樣和夏比V V型缺口型缺口 試樣兩種。試樣兩種。 U U型缺口試樣型缺口試樣 V V型缺口試樣型缺口試樣 沖擊試驗(yàn)原理沖擊試驗(yàn)原理 沖擊功沖擊功 擺錘在沖斷試樣過程中所消耗的能擺錘在沖斷試樣過程中所消耗的能 量。即為試樣在一次沖擊力作用下折斷時(shí)所吸收量。即為試樣在一次沖擊力作用下折斷時(shí)所吸收 的功，用符號(hào)的功，用符號(hào)A AK K表示：表示： A AK K=mg=mg（h h1 1-h-h2 2） 根據(jù)兩種試樣缺口形狀根據(jù)兩種試樣缺口形狀 不同，沖擊功分別用不同，沖擊功分別用A AKu Ku和 和 A AKv Kv表示，單位為焦耳（ 表

29、示，單位為焦耳（J J）。）。 沖擊試驗(yàn)視頻沖擊試驗(yàn)視頻 沖擊功愈大，材料的韌性愈好。沖擊功愈大，材料的韌性愈好。 一般把沖擊功低的金屬材料稱為一般把沖擊功低的金屬材料稱為脆性材料脆性材料， 沖擊功高的稱為沖擊功高的稱為韌性材料韌性材料。 沖擊韌度沖擊韌度 試樣缺口處單位橫截面積試樣缺口處單位橫截面積 上的沖上的沖 擊功，用符號(hào)擊功，用符號(hào)K表示，單位為表示，單位為J/2： 沖擊功沖擊功AK的大小與試驗(yàn)溫度有關(guān)。有些材料的大小與試驗(yàn)溫度有關(guān)。有些材料 在室溫（在室溫（20）左右試驗(yàn)時(shí)不顯示脆性，而在較）左右試驗(yàn)時(shí)不顯示脆性，而在較 低溫度下可能發(fā)生脆性斷裂。低溫度下可能發(fā)生脆性斷裂。 從圖可以

30、看出，從圖可以看出， 在某一溫度處，沖在某一溫度處，沖 擊功會(huì)急劇下降，擊功會(huì)急劇下降， 金屬材料由韌性斷金屬材料由韌性斷 裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔眩艳D(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔眩?這一溫度區(qū)域稱為這一溫度區(qū)域稱為 韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材。材 料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 越低，材料的低溫越低，材料的低溫 抗沖擊性能越好。抗沖擊性能越好。 溫度和碳含量對(duì)沖擊性能的影響溫度和碳含量對(duì)沖擊性能的影響 四、疲勞四、疲勞 1 1疲勞現(xiàn)象疲勞現(xiàn)象 工程上許多機(jī)械零件如軸、齒輪、彈簧等都是工程上許多機(jī)械零件如軸、齒輪、彈簧等都是 變動(dòng)載荷作用下工作的。根據(jù)變動(dòng)載荷的作用方式變動(dòng)載荷作用下工作的。根據(jù)變動(dòng)載荷的作用方

31、式 不同，零件承受的應(yīng)力可分為交變應(yīng)力與重復(fù)應(yīng)力不同，零件承受的應(yīng)力可分為交變應(yīng)力與重復(fù)應(yīng)力 兩種，如圖所示。兩種，如圖所示。 承受交變應(yīng)力或重復(fù)應(yīng)力的零件，在經(jīng)過承受交變應(yīng)力或重復(fù)應(yīng)力的零件，在經(jīng)過一定一定 次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)后，往往在工作應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)后，往往在工作應(yīng)力低于其屈服強(qiáng) 度的情況下突然發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為度的情況下突然發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂疲勞斷裂。 疲勞斷口示意圖疲勞斷口示意圖 2. 2.疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)證明，金屬材料能承受的交變應(yīng)力實(shí)驗(yàn)證明，金屬材料能承受的交變應(yīng)力與斷與斷 裂前應(yīng)力循環(huán)次數(shù)裂前應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N N 有如圖所示的規(guī)律。由圖所有如圖所示的規(guī)律。由圖所 知，當(dāng)知，當(dāng)?shù)陀谀骋恢禃r(shí)，曲線與橫坐標(biāo)平行，表示低于某一值時(shí)，曲線與橫坐標(biāo)平行，表示 材料可經(jīng)無限次循環(huán)而不斷裂，這一應(yīng)力稱疲勞強(qiáng)材料可經(jīng)無限次循環(huán)而不斷裂，這一