第2章材料在其他靜載荷下的力學(xué)性能

1、1主講人主講人: : 張寧張寧2v 研究金屬材料在常溫靜載荷下的力學(xué)性能時(shí)，除研究金屬材料在常溫靜載荷下的力學(xué)性能時(shí)，除采用單向靜拉伸試驗(yàn)方法外，有時(shí)還選用采用單向靜拉伸試驗(yàn)方法外，有時(shí)還選用壓縮壓縮、彎曲彎曲、扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)等試驗(yàn)方法。等試驗(yàn)方法。v選用這些方法的選用這些方法的目的目的是：是：v（1）很多機(jī)件或工具在實(shí)際服役時(shí)常承受彎矩、扭）很多機(jī)件或工具在實(shí)際服役時(shí)常承受彎矩、扭矩或軸向壓力的作用，或其上有螺紋、孔洞、臺(tái)階等矩或軸向壓力的作用，或其上有螺紋、孔洞、臺(tái)階等引起應(yīng)力集中的部位，有必要測定制造這類機(jī)件或工引起應(yīng)力集中的部位，有必要測定制造這類機(jī)件或工具的材料在相應(yīng)承載條件下的力學(xué)性能指

2、標(biāo)，作為設(shè)具的材料在相應(yīng)承載條件下的力學(xué)性能指標(biāo)，作為設(shè)計(jì)和選材的依據(jù)；計(jì)和選材的依據(jù)；v（2）不同的加載方式在試樣中將產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀）不同的加載方式在試樣中將產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)。金屬材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下所表現(xiàn)的力學(xué)行為不態(tài)。金屬材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下所表現(xiàn)的力學(xué)行為不完全相同，因此，選用不同應(yīng)力狀態(tài)的試驗(yàn)方法，便完全相同，因此，選用不同應(yīng)力狀態(tài)的試驗(yàn)方法，便于研究材料相應(yīng)力學(xué)性能的變化。于研究材料相應(yīng)力學(xué)性能的變化。第二章第二章 材料在其他靜載荷下的力學(xué)性能材料在其他靜載荷下的力學(xué)性能3v 一、應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)一、應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)v 二、壓縮二、壓縮v 三、彎曲三、彎曲v 四、扭轉(zhuǎn)四、扭轉(zhuǎn)v

3、 五、缺口試樣靜載荷試驗(yàn)五、缺口試樣靜載荷試驗(yàn)v 六、硬度六、硬度第二章第二章 材料在其他靜載荷下的力學(xué)性能材料在其他靜載荷下的力學(xué)性能4v零部件在使用過程中將承受不同類型的外零部件在使用過程中將承受不同類型的外應(yīng)力；零件內(nèi)部存在不同的應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力；零件內(nèi)部存在不同的應(yīng)力狀態(tài)。v材料的塑性或脆性并非絕對(duì)，為了表示外材料的塑性或脆性并非絕對(duì)，為了表示外應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料塑性變形的影響，特引入應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料塑性變形的影響，特引入應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)系數(shù) 的概念。以方便選擇檢測的概念。以方便選擇檢測方法。方法。 v例如：鑄鐵：壓例如：鑄鐵：壓韌，拉韌，拉脆脆第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系

4、數(shù)5v 當(dāng)金屬所受的最大切應(yīng)力當(dāng)金屬所受的最大切應(yīng)力max達(dá)到屈服強(qiáng)達(dá)到屈服強(qiáng)度度s時(shí)，產(chǎn)生屈服；當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生屈服；當(dāng)max達(dá)到切斷強(qiáng)度達(dá)到切斷強(qiáng)度k時(shí)，產(chǎn)生剪切型斷裂；當(dāng)最大正應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生剪切型斷裂；當(dāng)最大正應(yīng)力max達(dá)到正斷強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生正斷型斷裂。但同達(dá)到正斷強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生正斷型斷裂。但同一種金屬材料，在一定承載條件下產(chǎn)生何一種金屬材料，在一定承載條件下產(chǎn)生何種失效形式，除與其自身的強(qiáng)度大小有關(guān)種失效形式，除與其自身的強(qiáng)度大小有關(guān)外，還與承載條件下的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。不外，還與承載條件下的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。不同的應(yīng)力狀態(tài)，其最大正應(yīng)力同的應(yīng)力狀態(tài)，其最大正應(yīng)力max與最大與最大切應(yīng)力切應(yīng)力max的相對(duì)

5、大小是不一樣的。的相對(duì)大小是不一樣的。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)6v 定義：定義：v max與與max的比值表示它們的相對(duì)大小，的比值表示它們的相對(duì)大小，稱為稱為應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)，記為，記為。對(duì)于金。對(duì)于金屬材料，屬材料， 取取0.25，則，則值值為為第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)7第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)8v 物理意義：物理意義：v 值越大的試驗(yàn)方法，試樣中最大切應(yīng)力值越大的試驗(yàn)方法，試樣中最大切應(yīng)力分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越“軟軟”，金屬，金屬越易于產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。反之，越易于產(chǎn)生塑性變

6、形和韌性斷裂。反之， 值越小的試驗(yàn)方法，試樣中最大正應(yīng)力值越小的試驗(yàn)方法，試樣中最大正應(yīng)力分量越大，應(yīng)力狀態(tài)越分量越大，應(yīng)力狀態(tài)越“硬硬”，金屬越不，金屬越不易產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。易產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。v 易于引起拉斷的應(yīng)力狀態(tài)叫做易于引起拉斷的應(yīng)力狀態(tài)叫做硬性應(yīng)力狀硬性應(yīng)力狀態(tài)態(tài)；易于引起剪斷的應(yīng)力狀態(tài)叫做；易于引起剪斷的應(yīng)力狀態(tài)叫做軟性應(yīng)軟性應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)。 第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)9 結(jié)論：結(jié)論：v（1 1）三向等拉伸時(shí)應(yīng)力狀態(tài)最硬，因?yàn)槠淝袘?yīng)力）三向等拉伸時(shí)應(yīng)力狀態(tài)最硬，因?yàn)槠淝袘?yīng)力分量為零，在這種應(yīng)力狀態(tài)下，材料容易發(fā)生脆分量為零，在這種

7、應(yīng)力狀態(tài)下，材料容易發(fā)生脆性斷裂。性斷裂。v例如：例如：對(duì)于塑性較好的金屬材料，為了充分揭示對(duì)于塑性較好的金屬材料，為了充分揭示其其脆性傾向脆性傾向，往往采用應(yīng)力狀態(tài)硬的三向不等拉，往往采用應(yīng)力狀態(tài)硬的三向不等拉伸試驗(yàn)，防止其僅產(chǎn)生塑性斷裂；伸試驗(yàn)，防止其僅產(chǎn)生塑性斷裂；v（2 2）單向拉伸時(shí)，正應(yīng)力分量較大，切應(yīng)力分量）單向拉伸時(shí)，正應(yīng)力分量較大，切應(yīng)力分量較小，應(yīng)力狀態(tài)較硬，一般適用于塑性變形抗力較小，應(yīng)力狀態(tài)較硬，一般適用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的與切斷抗力較低的所謂塑性材料所謂塑性材料的試驗(yàn)；的試驗(yàn)；第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)10v（3 3） 扭轉(zhuǎn)和壓縮時(shí)應(yīng)力狀

8、態(tài)較軟，材料易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和壓縮時(shí)應(yīng)力狀態(tài)較軟，材料易產(chǎn)生塑性變形，一般適用于那些在單向拉伸時(shí)容易發(fā)塑性變形，一般適用于那些在單向拉伸時(shí)容易發(fā)生脆斷而不能充分反映其塑性性能的所謂脆性材生脆斷而不能充分反映其塑性性能的所謂脆性材料料( (如灰鑄鐵、淬火高碳鋼和陶瓷材料等如灰鑄鐵、淬火高碳鋼和陶瓷材料等) )，以充，以充分揭示其客觀存在的分揭示其客觀存在的塑性性能塑性性能。v（4 4）材料的硬度試驗(yàn)同于三向不等壓縮應(yīng)力狀）材料的硬度試驗(yàn)同于三向不等壓縮應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力狀態(tài)非常軟，因此硬度試驗(yàn)可在各種材態(tài)，應(yīng)力狀態(tài)非常軟，因此硬度試驗(yàn)可在各種材料上進(jìn)行。料上進(jìn)行。第一節(jié)第一節(jié) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性

9、系數(shù)11v 2.1 2.1 單向壓縮試驗(yàn)單向壓縮試驗(yàn)v1、壓縮試驗(yàn)：、壓縮試驗(yàn)：對(duì)試樣施加軸向壓力，在其對(duì)試樣施加軸向壓力，在其變形和斷裂過程中測定材料的強(qiáng)度和塑性變形和斷裂過程中測定材料的強(qiáng)度和塑性等力學(xué)性能指標(biāo)的試驗(yàn)方法。等力學(xué)性能指標(biāo)的試驗(yàn)方法。v2、壓縮試驗(yàn)試樣形狀：、壓縮試驗(yàn)試樣形狀：通常為圓柱形，也通常為圓柱形，也可用立方體和棱柱體。在有側(cè)向約束裝置可用立方體和棱柱體。在有側(cè)向約束裝置以防試樣屈曲的條件下，也可采用板狀試以防試樣屈曲的條件下，也可采用板狀試樣。樣。第二節(jié)第二節(jié) 壓縮壓縮12v3、壓縮試驗(yàn)試樣尺寸：、壓縮試驗(yàn)試樣尺寸：為了防止試驗(yàn)時(shí)試為了防止試驗(yàn)時(shí)試樣的縱向失穩(wěn)，對(duì)于

10、脆性材料和低塑性材樣的縱向失穩(wěn)，對(duì)于脆性材料和低塑性材料其試樣的高度料其試樣的高度h0和直徑和直徑d0之比不應(yīng)大于之比不應(yīng)大于2，最好，最好h0/d0=1.52。v說明：說明：由于試樣端面摩擦的作用，試樣尺寸由于試樣端面摩擦的作用，試樣尺寸h0/d0對(duì)壓縮變形量及其形變抗力有很大影響。為排除對(duì)壓縮變形量及其形變抗力有很大影響。為排除這種影響，使試驗(yàn)結(jié)果可以相互比較，必須采用這種影響，使試驗(yàn)結(jié)果可以相互比較，必須采用相同的相同的h0/d0試樣。試樣。 2.1 單向壓縮試驗(yàn)單向壓縮試驗(yàn)13v4 4、壓縮曲線：、壓縮曲線：壓縮試驗(yàn)時(shí)，材料抵抗外力壓縮試驗(yàn)時(shí)，材料抵抗外力變形和斷裂情況也可用壓力和變形

11、的關(guān)系變形和斷裂情況也可用壓力和變形的關(guān)系曲線來表示，稱為壓縮曲線。曲線來表示，稱為壓縮曲線。 2.1 單向壓縮試驗(yàn)單向壓縮試驗(yàn)14v 單向壓縮時(shí)應(yīng)力狀態(tài)軟性單向壓縮時(shí)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)大，故用于測定脆性系數(shù)大，故用于測定脆性材料，如鑄鐵、軸承合金材料，如鑄鐵、軸承合金、水泥和磚石等的力學(xué)性、水泥和磚石等的力學(xué)性能。能。v 由于壓縮時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)較由于壓縮時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)較軟，故在拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎軟，故在拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲試驗(yàn)時(shí)不能顯示的力學(xué)曲試驗(yàn)時(shí)不能顯示的力學(xué)行為，而在壓縮時(shí)有可能行為，而在壓縮時(shí)有可能獲得。獲得。v 壓縮可以看作是反向拉伸壓縮可以看作是反向拉伸。因此，拉伸試驗(yàn)時(shí)所定。因此，拉伸試驗(yàn)時(shí)

12、所定義的各個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)和義的各個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)和相應(yīng)的計(jì)算公式，在壓縮相應(yīng)的計(jì)算公式，在壓縮試驗(yàn)中基本上都能應(yīng)用。試驗(yàn)中基本上都能應(yīng)用。2.1 單向壓縮試驗(yàn)單向壓縮試驗(yàn)金屬壓縮曲線金屬壓縮曲線 1脆性材料脆性材料 2塑性材料塑性材料 155、單向壓縮試驗(yàn)的力學(xué)性能指標(biāo)、單向壓縮試驗(yàn)的力學(xué)性能指標(biāo)v 抗壓強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度：試樣壓至破壞試樣壓至破壞過程時(shí)的過程時(shí)的最大應(yīng)最大應(yīng)力稱為抗壓強(qiáng)度力稱為抗壓強(qiáng)度。v 壓縮曲線壓縮曲線上確定最大上確定最大壓縮力壓縮力Fbc （或（或直接直接從試驗(yàn)機(jī)的測從試驗(yàn)機(jī)的測力圓盤上讀出），力圓盤上讀出），然后按下然后按下式計(jì)算：式計(jì)算： 2.1 單向壓縮試驗(yàn)單向壓縮試驗(yàn)

13、16v（1）單向壓縮試驗(yàn)）單向壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=2，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應(yīng)力狀態(tài)都軟，彎曲的應(yīng)力狀態(tài)都軟，所以所以主要用于拉伸時(shí)主要用于拉伸時(shí)呈脆性的金屬材料力呈脆性的金屬材料力學(xué)性能的測定學(xué)性能的測定，以顯，以顯示這類材料在塑性狀示這類材料在塑性狀態(tài)下的力學(xué)行為。態(tài)下的力學(xué)行為。2.2 壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)的特點(diǎn)17v（2 2）拉伸時(shí)塑性很好的拉伸時(shí)塑性很好的材料在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮材料在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不會(huì)斷裂。變形而不會(huì)斷裂。v脆性金屬材料在拉伸時(shí)產(chǎn)脆性金屬材料在拉伸時(shí)產(chǎn)生來自于載荷軸線的正斷，生來自于載荷軸線的正斷，塑性變形量幾乎為零；

14、而塑性變形量幾乎為零；而在壓縮時(shí)除能產(chǎn)生一定的在壓縮時(shí)除能產(chǎn)生一定的塑性變形外，常沿與軸線塑性變形外，常沿與軸線呈呈45方向產(chǎn)生斷裂，具方向產(chǎn)生斷裂，具有有切斷特征切斷特征。2.2 壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)的特點(diǎn)18v對(duì)于接觸面處承受多向壓縮應(yīng)力的機(jī)件對(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，如滾動(dòng)軸承、套圈與滾動(dòng)體，常采用多向壓縮實(shí)驗(yàn)。多向壓縮實(shí)驗(yàn)。2.2 壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)的特點(diǎn)19v 3.1 3.1 彎曲試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)方法v金屬桿狀試樣承受彎矩作用后，其內(nèi)部金屬桿狀試樣承受彎矩作用后，其內(nèi)部應(yīng)應(yīng)力主要為正應(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)力類同。

15、力，與單向拉伸和壓縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力類同。但由于桿件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)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，力方向發(fā)生變化，因此，金屬在彎曲加裁下所表現(xiàn)的力因此，金屬在彎曲加裁下所表現(xiàn)的力學(xué)行為與單純拉應(yīng)力或壓應(yīng)力作用下時(shí)不完全相同。學(xué)行為與單純拉應(yīng)力或壓應(yīng)力作用下時(shí)不完全相同。v例如，例如，很多材料的拉伸彈性模量與壓縮彈性模量不同，很多材料的拉伸彈性模量與壓縮彈性模量不同，而彎曲彈性模量卻是兩者的復(fù)合結(jié)果而彎曲彈性模量卻是兩者的復(fù)合結(jié)果。又如，在拉伸或。又如，在拉伸或壓縮載荷下產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的金屬，在彎曲載荷下顯示不壓縮載荷下產(chǎn)生屈

16、服現(xiàn)象的金屬，在彎曲載荷下顯示不出來。因此，對(duì)于承受彎曲載荷的機(jī)件如軸、板狀彈簧出來。因此，對(duì)于承受彎曲載荷的機(jī)件如軸、板狀彈簧等，常用彎曲試驗(yàn)測定其力學(xué)性能，以作為設(shè)計(jì)或選材等，常用彎曲試驗(yàn)測定其力學(xué)性能，以作為設(shè)計(jì)或選材的依據(jù)。的依據(jù)。第三節(jié)第三節(jié) 彎曲彎曲20v 彎曲試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)時(shí)，將時(shí)，將圓柱形圓柱形或矩形試樣放置或矩形試樣放置在在一定跨一定跨距距L Ls s的支座上，進(jìn)行的支座上，進(jìn)行三點(diǎn)三點(diǎn)彎曲或彎曲或四四點(diǎn)點(diǎn)彎曲加載彎曲加載，通過記錄彎曲，通過記錄彎曲力力F F和和試樣試樣撓撓度度f f之間的之間的關(guān)系關(guān)系曲線，確定曲線，確定金屬在彎曲力金屬在彎曲力作用下的力學(xué)性能。作用下的力學(xué)

17、性能。3.1 彎曲試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)方法211、加載方式：、加載方式：三點(diǎn)彎曲加載、四點(diǎn)彎曲加載。三點(diǎn)彎曲加載、四點(diǎn)彎曲加載。（1）四點(diǎn)彎曲：）四點(diǎn)彎曲：（二等值載荷）兩加載點(diǎn)之間試件受到（二等值載荷）兩加載點(diǎn)之間試件受到等彎矩的作用，試件通常在該長度內(nèi)具有組織缺陷處等彎矩的作用，試件通常在該長度內(nèi)具有組織缺陷處發(fā)生斷裂，能較好地反映材料的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較準(zhǔn)發(fā)生斷裂，能較好地反映材料的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較準(zhǔn)確。但必須注意加載的均衡。確。但必須注意加載的均衡。（2）三點(diǎn)彎曲加載：）三點(diǎn)彎曲加載：試件在最大彎矩附近處斷裂，方法試件在最大彎矩附近處斷裂，方法簡單，故常用。簡單，故常用。3.1 彎曲試驗(yàn)方法

18、彎曲試驗(yàn)方法223.1 彎曲試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)方法2、彎曲圖：、彎曲圖：試驗(yàn)時(shí)，在試件跨試驗(yàn)時(shí)，在試件跨距的中心測定撓度，繪制載荷距的中心測定撓度，繪制載荷F（或彎矩（或彎矩M）與試樣最大撓）與試樣最大撓度度fmax之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。v 材料的塑性：材料的塑性：用最大彎曲撓度用最大彎曲撓度fmax表示。表示。v fmax值可由百分表或撓度計(jì)直值可由百分表或撓度計(jì)直接讀出；即材料的變形性能由接讀出；即材料的變形性能由最大撓度最大撓度fmax表征。表征。 v 高塑性材料，彎曲實(shí)驗(yàn)不能使高塑性材料，彎曲實(shí)驗(yàn)不能使試件發(fā)生斷裂，曲線最后部分試件發(fā)生斷裂，曲線最后部分可延伸很長，難于測定塑性

19、材可延伸很長，難于測定塑性材料強(qiáng)度，故不采用彎曲實(shí)驗(yàn)。料強(qiáng)度，故不采用彎曲實(shí)驗(yàn)。對(duì)這些材料應(yīng)采用拉伸試驗(yàn)。對(duì)這些材料應(yīng)采用拉伸試驗(yàn)。 233.1 彎曲試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)方法243.1 彎曲試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)方法253.1 彎曲試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)方法263.1 彎曲試驗(yàn)方法彎曲試驗(yàn)方法v3、脆性材料的抗彎強(qiáng)度、脆性材料的抗彎強(qiáng)度 bb bb=Mb / W v Mb為試件斷裂時(shí)的彎矩為試件斷裂時(shí)的彎矩 。v 根據(jù)彎曲圖上的最大載荷根據(jù)彎曲圖上的最大載荷Fb,按下式計(jì)算：按下式計(jì)算：v 三點(diǎn)彎曲試件三點(diǎn)彎曲試件: Mb=FbLs s4. v 四點(diǎn)彎曲試件四點(diǎn)彎曲試件: Mb=Fbl2v W為試樣抗彎截面系

20、數(shù)。為試樣抗彎截面系數(shù)。v 直徑為直徑為d0的圓柱試樣：的圓柱試樣：W= (m3)。v 寬度為寬度為b，高度為，高度為h的矩形試樣：的矩形試樣：W (m3)。27v（1）彎曲試驗(yàn)的試樣形狀簡單、操作方便）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，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。影響，可用彎曲的撓度顯示材料的塑性。 彎曲試驗(yàn)方法常用于測定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬彎曲試驗(yàn)方法常用于測定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度和顯示塑性的差別。質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度和顯示塑性的差別。v（2）彎曲試驗(yàn)時(shí)，樣品表

21、面應(yīng)力最大，可）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。靈敏的反映材料表面的缺陷。 常用來比較常用來比較和鑒別滲碳層和表面淬火層等表面和鑒別滲碳層和表面淬火層等表面熱處理機(jī)熱處理機(jī)件件的質(zhì)量和的質(zhì)量和性能。性能。3.2 彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)28v4.1 4.1 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)v扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)主要扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)主要采用采用直直樣樣d d0 0=10mm=10mm、標(biāo)距長度標(biāo)距長度L L0 0分別分別為為50mm50mm或或100mm100mm的圓柱的圓柱形試樣形試樣。v試驗(yàn)時(shí)，對(duì)試驗(yàn)時(shí)，對(duì)試樣試樣施加扭矩施加扭矩T T，隨扭矩增加，試樣標(biāo)隨扭矩增加，試樣標(biāo)距距L L0 0間間的兩

22、個(gè)的兩個(gè)橫截面橫截面不斷產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其不斷產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其相對(duì)相對(duì)扭角以扭角以（單價(jià)（單價(jià)為為radrad）表示）表示。第四節(jié)第四節(jié) 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)29v扭轉(zhuǎn)圖扭轉(zhuǎn)圖: :根據(jù)每一時(shí)刻加于試樣上的扭矩根據(jù)每一時(shí)刻加于試樣上的扭矩T T和扭轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角 ( (在試樣標(biāo)距在試樣標(biāo)距L L0 0上的兩個(gè)截面上的兩個(gè)截面間的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角間的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角) )繪制成繪制成T T曲線，稱為曲線，稱為扭轉(zhuǎn)圖扭轉(zhuǎn)圖。4.2 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)30v扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能指標(biāo)扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能指標(biāo): :v（1 1）切變模量切變模量G G v在彈性范圍內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變之比稱為在彈性范圍內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變之比稱為切變模量。切變模量。4.2

23、 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)31v（2 2）扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)sv具有明顯拉伸物理屈服現(xiàn)象的金屬材料，具有明顯拉伸物理屈服現(xiàn)象的金屬材料，扔轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)也同樣有屈服現(xiàn)象。在扭轉(zhuǎn)曲扔轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)也同樣有屈服現(xiàn)象。在扭轉(zhuǎn)曲線或試驗(yàn)機(jī)扭矩度盤上讀出屈服時(shí)的扭矩線或試驗(yàn)機(jī)扭矩度盤上讀出屈服時(shí)的扭矩T Ts，則，則扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)s為為s = =T Ts/W/W W W是試樣抗扭截面系數(shù)是試樣抗扭截面系數(shù)4.2 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)32v（3 3）抗扭強(qiáng)度）抗扭強(qiáng)度bv試樣在試樣在扭扭斷前承受的最大扭矩?cái)嗲俺惺艿淖畲笈ぞ? (T Tb) )，利用，利用彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算的切應(yīng)力稱為抗扭強(qiáng)度彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算的切應(yīng)力稱為抗扭

24、強(qiáng)度，即，即b =T=Tb/W/WvT Tb可從扭轉(zhuǎn)曲線上求出或從試驗(yàn)機(jī)可從扭轉(zhuǎn)曲線上求出或從試驗(yàn)機(jī)扭扭矩度矩度盤上讀出。盤上讀出。4.2 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)33v圖圖2-92-9為為20CrMnTi20CrMnTi鋼滲碳層表面含碳量對(duì)抗扭強(qiáng)鋼滲碳層表面含碳量對(duì)抗扭強(qiáng)度的影響。由圖可見，控制表面含碳量度的影響。由圖可見，控制表面含碳量w(C)w(C)為為0.90.9-1.1-1.1，可獲得最大的抗扭強(qiáng)度。這對(duì)指，可獲得最大的抗扭強(qiáng)度。這對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)是很有意義的。導(dǎo)生產(chǎn)是很有意義的。4.2 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)34v扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)及其測定的性能指標(biāo)可作為扭轉(zhuǎn)條件下扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)及其測定的性能指標(biāo)可作為扭轉(zhuǎn)條件下服役

25、的機(jī)件設(shè)計(jì)和選材的依據(jù)外，在材料的試驗(yàn)服役的機(jī)件設(shè)計(jì)和選材的依據(jù)外，在材料的試驗(yàn)研究中，也是一種重要測試手段，這是因?yàn)榕まD(zhuǎn)研究中，也是一種重要測試手段，這是因?yàn)榕まD(zhuǎn)試驗(yàn)具有如下試驗(yàn)具有如下特點(diǎn)特點(diǎn)：v（1 1）應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=0.8，比拉伸時(shí)的，比拉伸時(shí)的大大，易于顯示金屬的塑性行為。，易于顯示金屬的塑性行為。v（2 2）圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)長度上塑性變形圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)長度上塑性變形是均勻的，沒有縮頸現(xiàn)象，所以能實(shí)現(xiàn)大塑性變是均勻的，沒有縮頸現(xiàn)象，所以能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)。形量下的試驗(yàn)。4.3 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)35v（3 3）能較敏感的反映出金屬表

26、面缺陷及表面硬能較敏感的反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能?；瘜拥男阅堋（4 4）扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在扭轉(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。這些材料切斷抗力最可靠的方法。v此外，根據(jù)扭轉(zhuǎn)試樣的宏觀斷口特征，還可明確此外，根據(jù)扭轉(zhuǎn)試樣的宏觀斷口特征，還可明確區(qū)分金屬材料最終斷裂方式是正斷還是切斷。區(qū)分金屬材料最終斷裂方式是正斷還是切斷。4.3 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)36v 切斷

27、斷口切斷斷口：塑性材料的：塑性材料的斷裂面與試樣軸線垂直斷裂面與試樣軸線垂直，斷口平整，有回旋狀，斷口平整，有回旋狀塑性變形痕跡，這是由塑性變形痕跡，這是由切應(yīng)力作用的結(jié)果；切應(yīng)力作用的結(jié)果；v 正斷斷口正斷斷口：脆性材料的：脆性材料的斷裂面與試樣軸線成斷裂面與試樣軸線成 4545 角，呈螺旋狀，角，呈螺旋狀，這是在正應(yīng)力作用的結(jié)這是在正應(yīng)力作用的結(jié)果。果。v 木紋狀斷口木紋狀斷口：斷裂面順：斷裂面順著試樣軸線形成縱向剝著試樣軸線形成縱向剝層或裂紋。層或裂紋。4.3 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)37v這是因?yàn)榻饘僦写嬖谳^多的非金屬夾雜物或偏析這是因?yàn)榻饘僦写嬖谳^多的非金屬夾雜物或偏析，并在軋制

28、過程中使其沿軸向分布，降低了試樣，并在軋制過程中使其沿軸向分布，降低了試樣軸向切斷強(qiáng)度造成的。因此，可以根據(jù)斷口宏觀軸向切斷強(qiáng)度造成的。因此，可以根據(jù)斷口宏觀特征來判斷承受扭矩而斷裂的機(jī)件的性能。特征來判斷承受扭矩而斷裂的機(jī)件的性能。4.3 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)38v結(jié)論：結(jié)論：v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可用于測定塑性材料和脆性材料扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可用于測定塑性材料和脆性材料的剪切變形和斷裂的全部力學(xué)性能指標(biāo)，有著其的剪切變形和斷裂的全部力學(xué)性能指標(biāo)，有著其它力學(xué)性能試驗(yàn)方法所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，它力學(xué)性能試驗(yàn)方法所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)在科研和生產(chǎn)檢驗(yàn)中得到較廣泛地應(yīng)用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)在科研和

29、生產(chǎn)檢驗(yàn)中得到較廣泛地應(yīng)用。v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：表面切應(yīng)力大，越往心部切應(yīng)力越小，當(dāng)表面切應(yīng)力大，越往心部切應(yīng)力越小，當(dāng)表層發(fā)生塑性變形時(shí)，心部仍處于彈性狀態(tài)，很表層發(fā)生塑性變形時(shí)，心部仍處于彈性狀態(tài)，很難精確地測定表層開始塑性變形的時(shí)刻，故用扭難精確地測定表層開始塑性變形的時(shí)刻，故用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)難以精確地測定材料的微量塑性變形抗力轉(zhuǎn)試驗(yàn)難以精確地測定材料的微量塑性變形抗力。4.3 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)39v5.1 5.1 缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)v前面介紹的拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等靜載荷試驗(yàn)前面介紹的拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等靜載荷試驗(yàn)方法，都是采用橫截面均勻的光滑試樣，實(shí)際生產(chǎn)方法，都是采用橫截面均勻

30、的光滑試樣，實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)件，截面上往往存在截面的急劇變化，如鍵槽的機(jī)件，截面上往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、螺紋及焊縫等。這種截面變化的部位可稱、油孔、螺紋及焊縫等。這種截面變化的部位可稱為為“缺口缺口”。v由于由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的應(yīng)力狀態(tài)將會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的“缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)”，從而影響金屬材料的力學(xué)性能，從而影響金屬材料的力學(xué)性能。第五節(jié)第五節(jié) 缺口試樣靜載荷試驗(yàn)缺口試樣靜載荷試驗(yàn)40v一一、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5.1 缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)v假設(shè)

31、一個(gè)薄板的邊緣開有假設(shè)一個(gè)薄板的邊緣開有缺口，并承受拉應(yīng)力缺口，并承受拉應(yīng)力的的作用，當(dāng)板材處于彈性范作用，當(dāng)板材處于彈性范圍內(nèi)時(shí)，其缺口截面上的圍內(nèi)時(shí)，其缺口截面上的應(yīng)力分布如右圖所示。應(yīng)力分布如右圖所示。v從圖可看出，缺口截面上從圖可看出，缺口截面上的應(yīng)力分布不均勻，軸向的應(yīng)力分布不均勻，軸向應(yīng)力應(yīng)力y在缺口根部最大在缺口根部最大，隨著距離的增加，隨著距離的增加，y不斷下降，所以在缺口根不斷下降，所以在缺口根部產(chǎn)生了部產(chǎn)生了應(yīng)力集中應(yīng)力集中的現(xiàn)象的現(xiàn)象。41v缺口的第一個(gè)效應(yīng)是引起應(yīng)力集中，并改變了缺口缺口的第一個(gè)效應(yīng)是引起應(yīng)力集中，并改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，前方的應(yīng)力狀態(tài)，使缺口試樣或

32、機(jī)件中所受的應(yīng)力使缺口試樣或機(jī)件中所受的應(yīng)力，由原來的單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛉驊?yīng)力狀，由原來的單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛉驊?yīng)力狀態(tài)，這種狀態(tài)由板厚或直徑?jīng)Q定。態(tài)，這種狀態(tài)由板厚或直徑?jīng)Q定。v兩向或三向不等拉伸的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)兩向或三向不等拉伸的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)b。v 這種由缺口引起的屈這種由缺口引起的屈服強(qiáng)度增大現(xiàn)象稱為服強(qiáng)度增大現(xiàn)象稱為幾幾何強(qiáng)化何強(qiáng)化，但它不能作為強(qiáng)化手段使用。，但它不能作為強(qiáng)化手段使用。圓柱缺口試樣斷裂過程圓柱缺口試樣斷裂過程45脆性材料脆性材料 中等塑性中等塑性 塑性材料塑性材料纖維區(qū)纖維區(qū)46v 金屬材料的金屬材料的缺口敏感性缺口敏感性指標(biāo)指標(biāo)用用缺口試樣缺口試

33、樣的的抗抗拉強(qiáng)度拉強(qiáng)度bn與等與等截面尺寸光滑截面尺寸光滑試樣試樣的的抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b的的比值比值表示，稱為表示，稱為缺口敏感度缺口敏感度，記，記為為NSR(Notch Sensitivity Ratio)vNSRNSR越大，越大，缺口缺口敏感性越小。敏感性越小。脆性材料如鑄鐵、高脆性材料如鑄鐵、高碳鋼的碳鋼的NSRNSR總是小于總是小于1 1，表明缺口根部尚未發(fā)生明顯，表明缺口根部尚未發(fā)生明顯塑性變形時(shí)就已經(jīng)斷裂，對(duì)缺口很敏感。塑性變形時(shí)就已經(jīng)斷裂，對(duì)缺口很敏感。v高強(qiáng)度材料的高強(qiáng)度材料的NSRNSR一般也小于一般也小于1 1；塑性材料；塑性材料般般NSRNSR大于大于1 1。5.2 缺口

34、試樣靜拉伸試驗(yàn)缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)47v用途：用途：v缺口靜拉伸試驗(yàn)，廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼（淬缺口靜拉伸試驗(yàn)，廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼（淬火低中溫回火）的力學(xué)性能、鋼和鈦的氫脆火低中溫回火）的力學(xué)性能、鋼和鈦的氫脆，以及研究高溫合金的缺口敏感性等。，以及研究高溫合金的缺口敏感性等。5.2 缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)48v缺口靜彎曲試驗(yàn)也可顯示材料的缺口敏感性缺口靜彎曲試驗(yàn)也可顯示材料的缺口敏感性，由于缺口和彎曲所引起的應(yīng)力不均勻性疊，由于缺口和彎曲所引起的應(yīng)力不均勻性疊加，使試樣缺口彎曲的應(yīng)力應(yīng)變分布的不均加，使試樣缺口彎曲的應(yīng)力應(yīng)變分布的不均勻性較缺口拉伸時(shí)更甚，但應(yīng)力應(yīng)變的多向勻性較缺口拉

35、伸時(shí)更甚，但應(yīng)力應(yīng)變的多向性則減少。性則減少。5.3 缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)49v缺口靜彎曲試驗(yàn)可采用下圖所示的試樣及裝置。也缺口靜彎曲試驗(yàn)可采用下圖所示的試樣及裝置。也可采用尺寸為可采用尺寸為l0mml0mm10mm10mm55mm55mm、缺口深度為、缺口深度為2mm2mm、夾角為、夾角為6060 的的V V型缺口試樣。試驗(yàn)時(shí)記錄彎曲曲型缺口試樣。試驗(yàn)時(shí)記錄彎曲曲線（試驗(yàn)力線（試驗(yàn)力F F與撓度與撓度f f關(guān)系曲線），直至試樣斷裂。關(guān)系曲線），直至試樣斷裂。5.3 缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)50v下圖為某種金屬材料的缺口試樣靜彎曲曲線。試樣下圖為某種金屬材料的缺口試

36、樣靜彎曲曲線。試樣在在F Fmaxmax時(shí)形成裂紋，在時(shí)形成裂紋，在F F1 1時(shí)裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸隨即時(shí)裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸隨即失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂。曲線所包圍的面積分為彈性區(qū)失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂。曲線所包圍的面積分為彈性區(qū)、塑性區(qū)、塑性區(qū)和斷裂區(qū)和斷裂區(qū)。各區(qū)所占面積分別表示彈。各區(qū)所占面積分別表示彈性變形功、塑性性變形功、塑性變變形勸和斷裂功的大小。形勸和斷裂功的大小。5.3 缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)51v斷裂功的大小取決于材料塑性。塑性好的材料裂紋斷裂功的大小取決于材料塑性。塑性好的材料裂紋擴(kuò)展慢，斷裂功增大，因此擴(kuò)展慢，斷裂功增大，因此可用斷裂功或可用斷裂功或F FmaxmaxF F1

37、 1的的比值來表示金屬的缺口敏感度比值來表示金屬的缺口敏感度。v斷裂功大或斷裂功大或F FmaxmaxF F1 1大，缺口敏感性??；反之，缺口大，缺口敏感性小；反之，缺口敏感性大敏感性大。v若斷裂功為零或若斷裂功為零或F FmaxmaxF F1 1 1 1，表明裂紋擴(kuò)展極快、，表明裂紋擴(kuò)展極快、金屬易產(chǎn)生突然脆性斷裂，缺口敏感性最大。金屬易產(chǎn)生突然脆性斷裂，缺口敏感性最大。5.3 缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)52v 6.1 6.1 金屬金屬硬度的意義及硬度試驗(yàn)的硬度的意義及硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)特點(diǎn)v硬度試驗(yàn)方法很多，大體上分為彈性回跳法硬度試驗(yàn)方法很多，大體上分為彈性回跳法( (如肖如肖氏硬

38、度氏硬度) )、壓入法、壓入法( (如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等度等) )和劃痕法和劃痕法( (如莫氏硬度如莫氏硬度) )等三類。等三類。v硬度是表征金屬材料軟硬程度的一種性能。硬度是表征金屬材料軟硬程度的一種性能。v其其物理意義物理意義隨試驗(yàn)方法不同而不同。例如，劃痕法隨試驗(yàn)方法不同而不同。例如，劃痕法硬度值主要表征金屬切斷強(qiáng)度；回跳法硬度值主要硬度值主要表征金屬切斷強(qiáng)度；回跳法硬度值主要表征金屬彈性變形功的大??；壓入法硬度值則表征表征金屬彈性變形功的大?。粔喝敕ㄓ捕戎祫t表征金屬塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力。因此，金屬塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力。因此，“硬度硬度

39、”不是金屬獨(dú)立的力學(xué)性能。不是金屬獨(dú)立的力學(xué)性能。第六節(jié)第六節(jié) 硬度硬度53v壓入硬度試驗(yàn)方法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)壓入硬度試驗(yàn)方法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) 2 2。在這。在這樣的應(yīng)力狀態(tài)下，幾乎所有的金屬材料都能產(chǎn)生塑樣的應(yīng)力狀態(tài)下，幾乎所有的金屬材料都能產(chǎn)生塑性變形。因此，這種試驗(yàn)方法不僅可測定塑性金屬性變形。因此，這種試驗(yàn)方法不僅可測定塑性金屬材料的硬度，也可測定淬火鋼、硬質(zhì)合金甚至陶瓷材料的硬度，也可測定淬火鋼、硬質(zhì)合金甚至陶瓷等脆性材料的硬度。等脆性材料的硬度。6.1 金屬硬度的意義及硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)金屬硬度的意義及硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)546.1 金屬硬度的意義及硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)金屬硬度的意義及硬度試驗(yàn)

40、的特點(diǎn)v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：v硬度試驗(yàn)一般僅在金屬表面局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小的硬度試驗(yàn)一般僅在金屬表面局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小的壓痕壓痕，因而很多機(jī)件可在成品上試驗(yàn)，而無需專門，因而很多機(jī)件可在成品上試驗(yàn)，而無需專門加工試樣。硬度試驗(yàn)也易于檢查金屬表面層的質(zhì)量加工試樣。硬度試驗(yàn)也易于檢查金屬表面層的質(zhì)量( (如脫碳如脫碳) )、表面淬火和化學(xué)熱處理后的表面性能等、表面淬火和化學(xué)熱處理后的表面性能等。v應(yīng)用：應(yīng)用：v硬度試驗(yàn)由于設(shè)備簡單，操作方便、迅速，同時(shí)又硬度試驗(yàn)由于設(shè)備簡單，操作方便、迅速，同時(shí)又能敏感地反映出金屬材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的能敏感地反映出金屬材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的差異，因而被廣泛用于檢查

41、金屬材料的性能、熱加差異，因而被廣泛用于檢查金屬材料的性能、熱加工工藝的質(zhì)量或研究金屬組織結(jié)構(gòu)的變化。工工藝的質(zhì)量或研究金屬組織結(jié)構(gòu)的變化。55v一、布氏硬度試驗(yàn)一、布氏硬度試驗(yàn)v原理：原理：v用一定直徑用一定直徑D（mm）的硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^的硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，施以一定的試驗(yàn)力，施以一定的試驗(yàn)力F（N），將其壓入試樣），將其壓入試樣表面（右圖表面（右圖a），經(jīng)過），經(jīng)過規(guī)定的保持時(shí)間規(guī)定的保持時(shí)間t（s）后卸除試驗(yàn)力，試）后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕（樣表面將殘留壓痕（右圖右圖b）。測量壓痕的）。測量壓痕的平均直徑平均直徑d（mm），），求得壓痕球形面積求得壓痕球形面積A（mm2）。）。6

42、.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)56v6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)57v布氏硬度試驗(yàn)用的壓頭直徑布氏硬度試驗(yàn)用的壓頭直徑D有有10mm、5mm、2.5mm和和1mm四種，主要根據(jù)試樣四種，主要根據(jù)試樣厚度選擇，應(yīng)使壓痕深度厚度選擇，應(yīng)使壓痕深度h小于試樣厚度的小于試樣厚度的1/8。當(dāng)試樣厚度足夠時(shí)，應(yīng)盡量選用直徑為。當(dāng)試樣厚度足夠時(shí)，應(yīng)盡量選用直徑為10mm的壓頭球。的壓頭球。v試驗(yàn)力保持時(shí)間為試驗(yàn)力保持時(shí)間為101015s15s；對(duì)試驗(yàn)力要求保；對(duì)試驗(yàn)力要求保持時(shí)間較長的材料，試驗(yàn)力保持時(shí)間允許誤持時(shí)間較長的材料，試驗(yàn)力保持時(shí)間允許誤差為差為2s2s。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)58v布氏硬度試驗(yàn)時(shí)一般采用直

43、徑較大的壓頭，布氏硬度試驗(yàn)時(shí)一般采用直徑較大的壓頭，因而所得壓痕面積較大。壓痕面積大的因而所得壓痕面積較大。壓痕面積大的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：v（1）硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，而不受個(gè)別組成相及微小不相的平均性能，而不受個(gè)別組成相及微小不均勻性的影響。均勻性的影響。 因此，布氏硬度試驗(yàn)特別適用于測定因此，布氏硬度試驗(yàn)特別適用于測定灰鑄鐵灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶粒或組成相的金屬材、軸承合金等具有粗大晶粒或組成相的金屬材料的硬度料的硬度。v（2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、重復(fù)性強(qiáng)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、重復(fù)性強(qiáng)。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)59v布氏硬度試驗(yàn)的布氏硬度試驗(yàn)的

44、缺點(diǎn)缺點(diǎn)：v對(duì)不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗(yàn)力對(duì)不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗(yàn)力，壓痕直徑的測量也鉸麻煩，因而用于自動(dòng)檢測時(shí)，壓痕直徑的測量也鉸麻煩，因而用于自動(dòng)檢測時(shí)受到限制。當(dāng)壓痕直徑較大時(shí)，不宜在成品上進(jìn)行受到限制。當(dāng)壓痕直徑較大時(shí)，不宜在成品上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)v布氏硬度計(jì)試驗(yàn)法主要用于鑄布氏硬度計(jì)試驗(yàn)法主要用于鑄鐵、鋼材、有色金屬及軟合金鐵、鋼材、有色金屬及軟合金等材料的硬度測定等材料的硬度測定，v此外還可以用于塑料、電木等此外還可以用于塑料、電木等某些非金屬材料硬度的測定。某些非金屬材料硬度的測定。v適用于工廠、車間、試驗(yàn)室、適用于工廠、車

45、間、試驗(yàn)室、大專院校和科研機(jī)構(gòu)。大專院校和科研機(jī)構(gòu)。60v表示方法：表示方法：v一般記為一般記為“數(shù)字硬度符號(hào)數(shù)字硬度符號(hào)HBW數(shù)字?jǐn)?shù)字/數(shù)字?jǐn)?shù)字/數(shù)字?jǐn)?shù)字”的形式，的形式，符號(hào)前面的數(shù)字為硬度值，符號(hào)后面的符號(hào)前面的數(shù)字為硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字依次表示鋼球直徑、載荷大小及載荷保持時(shí)間數(shù)字依次表示鋼球直徑、載荷大小及載荷保持時(shí)間等試驗(yàn)條件。等試驗(yàn)條件。v例：當(dāng)用例：當(dāng)用10 mm淬火鋼球，在淬火鋼球，在3000 kgf載荷作用下載荷作用下保持保持30 s時(shí)測得的硬度值為時(shí)測得的硬度值為280，則記為，則記為280HBS/3000/30。當(dāng)保持時(shí)間為。當(dāng)保持時(shí)間為1015s時(shí)可不標(biāo)時(shí)可不標(biāo)注。注

46、。v如，如，50HBW5/750表示用直徑為表示用直徑為5 mm的硬質(zhì)合金的硬質(zhì)合金球，在球，在750 kgf載荷作用下保持載荷作用下保持1015s測得的布氏測得的布氏硬度值為硬度值為50。 6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)61v二、二、洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn)v洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn)以測量壓痕深度表示材料的以測量壓痕深度表示材料的硬度值。硬度值。v洛洛氏硬度試驗(yàn)氏硬度試驗(yàn)所用所用的壓頭有兩種：的壓頭有兩種： （1 1）圓錐角）圓錐角 =120120的金剛石的金剛石圓錐體；圓錐體； （2 2）一定）一定直徑的小淬火鋼直徑的小淬火鋼球或球或硬質(zhì)合金球。硬質(zhì)合金球。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)626.2 硬

47、度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)v （a）試驗(yàn)時(shí)先加初始試）試驗(yàn)時(shí)先加初始試驗(yàn)力驗(yàn)力F0，以保證壓頭與試，以保證壓頭與試樣表面接觸良好，得到一樣表面接觸良好，得到一個(gè)壓痕深度個(gè)壓痕深度h0，此時(shí)指針，此時(shí)指針指零。指零。v （b）施加主作用力）施加主作用力F1，壓頭壓入深度為壓頭壓入深度為h1，表逆，表逆時(shí)針轉(zhuǎn)到相應(yīng)刻度位置，時(shí)針轉(zhuǎn)到相應(yīng)刻度位置，h1包括彈性變形與塑性變包括彈性變形與塑性變形。形。v （c）F1卸除后，總變形卸除后，總變形中的彈性變形恢復(fù)，壓頭中的彈性變形恢復(fù)，壓頭回升一段距離（回升一段距離（h2-h1），此時(shí)塑性變形深度即為，此時(shí)塑性變形深度即為壓痕深度壓痕深度h，最終表盤指，最終表盤指針?biāo)?/p>

48、指即為洛氏硬度值。針?biāo)讣礊槁迨嫌捕戎怠?3v 為了能為了能在一臺(tái)在一臺(tái)硬度計(jì)上測定不同軟、硬或厚、薄試樣的硬度硬度計(jì)上測定不同軟、硬或厚、薄試樣的硬度，可采用不同，可采用不同的壓頭的壓頭和試驗(yàn)力組合成幾種不同的洛氏硬度標(biāo)和試驗(yàn)力組合成幾種不同的洛氏硬度標(biāo)尺。尺。用不同用不同標(biāo)尺測定標(biāo)尺測定的洛氏硬度符號(hào)在的洛氏硬度符號(hào)在HRHR后面加標(biāo)尺后面加標(biāo)尺字母表字母表示示。字母有。字母有A A、B B、CC順序至順序至H H、K K九個(gè)九個(gè)，故格，故格氏氏硬度標(biāo)尺硬度標(biāo)尺有有九種，常用的為九種，常用的為HRAHRA、HRBHRB和和HBCHBC三種。三種。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)64v洛氏硬度的表示

49、方法：洛氏硬度的表示方法：v硬度硬度值、符號(hào)值、符號(hào)HRHR、標(biāo)尺字母。、標(biāo)尺字母。v如如60HRC60HRC表示用表示用C C標(biāo)尺測得的洛氏硬度值為標(biāo)尺測得的洛氏硬度值為60.60.vB B標(biāo)尺洛氏硬度有兩種材料的球壓頭，在硬度符號(hào)標(biāo)尺洛氏硬度有兩種材料的球壓頭，在硬度符號(hào)后面要加以明示：后面要加以明示：鋼球用鋼球用S S表示；硬質(zhì)合金球用表示；硬質(zhì)合金球用W W表表示示。v如如60HRBW60HRBW表示用硬質(zhì)合金球壓頭在表示用硬質(zhì)合金球壓頭在B B標(biāo)尺上測得的標(biāo)尺上測得的洛氏硬度值為洛氏硬度值為6060。v注意，使用兩種類型材料的球壓頭，硬度測試的結(jié)注意，使用兩種類型材料的球壓頭，硬度測

50、試的結(jié)果不同。果不同。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)65v洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：v1. 操作簡便、迅速、硬度值可直接讀出；操作簡便、迅速、硬度值可直接讀出；v2. 壓壓痕較小痕較小，可在工件上直接實(shí)驗(yàn)；，可在工件上直接實(shí)驗(yàn)；v3. 采用不同標(biāo)尺可測定各種軟硬不同的采用不同標(biāo)尺可測定各種軟硬不同的金屬和厚薄金屬和厚薄不一的不一的試樣的硬度試樣的硬度，可廣泛用于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。，可廣泛用于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。v洛氏硬度的缺點(diǎn)：洛氏硬度的缺點(diǎn)：v1. 壓痕較小，代表性差；壓痕較小，代表性差；v2. 若材料中存在偏析及組織不均勻等缺陷，則所測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

51、度大；硬度值重復(fù)性差，分散度大；v3. 用不同標(biāo)尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直用不同標(biāo)尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。接比較。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)66v三、維氏硬度試驗(yàn)三、維氏硬度試驗(yàn)v維氏硬度試驗(yàn)的原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓維氏硬度試驗(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。痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。v不不同同的的是是維氏硬度維氏硬度試驗(yàn)試驗(yàn)的的 壓頭不是壓頭不是球體球體，而是兩相，而是兩相 對(duì)面對(duì)面間夾角間夾角為為136的的金金 剛石剛石四棱錐體。四棱錐體。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)676.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)68v壓頭壓頭在試驗(yàn)力

52、在試驗(yàn)力F（N）作用下將樣品表面壓出一個(gè)）作用下將樣品表面壓出一個(gè)四方錐形的壓痕四方錐形的壓痕，經(jīng)，經(jīng)一定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力一定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測量壓痕對(duì)角線平均長度，測量壓痕對(duì)角線平均長度d，d=(d1+d2)/2，來，來計(jì)計(jì)算壓痕的表面積算壓痕的表面積A（mm2）。）。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)69v維氏硬度維氏硬度值（值（HV）為試驗(yàn)力）為試驗(yàn)力F除除以壓痕以壓痕表面積表面積A所所得得的商，的商，即即v維氏硬度值也不標(biāo)注單位。維氏硬度值也不標(biāo)注單位。v維氏硬度試驗(yàn)之所以采用正四維氏硬度試驗(yàn)之所以采用正四棱錐體壓頭棱錐體壓頭，是為，是為了當(dāng)改變了當(dāng)改變試驗(yàn)力試驗(yàn)力時(shí)時(shí)，壓痕的幾何，壓痕的幾何形狀總保持形狀總保持相似相似，而不致影響硬度，而不致影響硬度值。值。6.2 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)70v維氏硬度試驗(yàn)常用試驗(yàn)力范圍維氏硬度試驗(yàn)常用試驗(yàn)力范圍為為49.03980.7N。使用時(shí)應(yīng)視零件厚度及使用時(shí)應(yīng)視零件厚度及材料材料的預(yù)期硬度，的預(yù)期硬度，盡可能盡可能選取較大試驗(yàn)力，以減小壓痕尺寸的測量誤差。選取較大試驗(yàn)力，以減小壓痕尺寸的測量誤差。6.