第2讲：2学时

1、v第二讲：第二讲：2学时学时 v目的要求：1、掌握常用硬度的测试方法和适用范围 2、掌握冲击韧性、疲劳强度的概念及衡 量指标v重点难点：1、布氏硬度的测试方法及适用范围 2、洛氏硬度的测试方法及适用范围 3、冲击韧性和疲劳强度 硬度是材料抵抗局部变形的能力。 硬度是综合性能指标，硬度测量简便迅速，不破坏零件。一、布氏硬度一、布氏硬度 原理：用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。 HBS（HBW） = F/A = 0.1022F/DD - (D2-d2)1/2 采用淬

2、火钢球时，记为 HBS 采用硬质合金钢球时，记为 HBW 布氏硬度特点： 优点：测量数值稳定，准确 缺点：操作慢，不适用批量生产和薄形件 应用：铸铁，有色金属；退火、正火、调质处理钢 当HBS450时有效，（HBW450-650） v当测试压头为淬火钢球时，只能测试布氏硬度小于450的材料，以HBS表示v当测试压头为硬质合金时，可测试布氏硬度为450650的材料，以HBW表示 v在测定材料的布氏硬度时，应根据材料的种类和试样的厚度，选择球体材质、球体直径D、施加栽荷P和载荷保持时间等 解释含义：150HBS10/10000/30， 500HBW5/7500二、洛氏硬度二、洛氏硬度原理: 用金刚

3、石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。 HR = C- h/0.002 h 压痕深度 C 对金刚石圆锥压头 C = 100 对钢球压头 C = 130 洛氏硬度特点： 优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件 缺点：测量数值分散 应用：淬火钢，调质钢批生产零件洛氏硬度分类：三、维氏硬度三、维氏硬度 原理:用夹角为136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F压入试样表面，测出压痕对角线长度d HV = 0.102 F/S = 0.1891 F/d2维氏硬度特点： 优点：测量准确，应用范围广， 可测成品与薄件

4、缺点：试样表面要求高，费工 应用：薄件、镀层、化学热处理 后的表层等 解释含义：640HV300, 640HV300/20v硬度是材料抵抗局部塑性变形的能力v硬度也反映材料抵抗其它物体压入的能力v通常材料的强度越高，硬度也越高一、一、 冲击韧度是在冲击载荷作用下，材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力，通常用冲击吸收功Ak和冲击韧性a k指标来度量 a k = Ak /A Ak 冲击功 A 试样缺口处截面积 为了讨论材料的冲击韧性a k值，常采用一次冲击弯曲试验法 由于在冲击载荷作用下材料的塑性变形得不到充分发展，为了能灵敏地反映出材料的冲击韧性，通常采用带缺口的试样进行试验 标准冲击试样有两种

5、，一种是形缺口试样，另一种是形缺口试样 同一条件下同一材料制作的两种试样，其形试样的a k值明显大于形试样的a k，所以这两种试样的值a k不能相互比较.v试验时，将试样放在试验机两支座上，如图所示。将一定重量G的摆锤升至一定高度H1，如图所示，使它获得位能为GH1；再将摆锤释放，使其刀口冲向图箭头所指试样缺口的背面；冲断试样后摆锤在另一边的高度为H2，相应位能为GH2，冲断试样前后的能量差即为摆锤冲断试样所消耗的功，或是试样变形和断裂所吸收的能量，称为冲击吸收功Ak，即Ak = GH1GH2，单位为J。冲击韧性对材料的意义：冲击韧性对材料的意义： 材料的a k 值愈大，韧性就愈好；材料的a

6、k 值愈小，材料的脆性愈大 通常把a k 值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a k 值随试验温度的降低而降低。当温度降至某一数值或范围时，a k 值会急剧下降，材料则由韧性状态转变为脆性状态，这种转变称为冷脆转变，相应温度称为冷脆转变温度。材料的冷脆转变温度越低，说明其低温冲击性能越好，允许使用的温度范围越大。因此对于寒冷地区的桥梁、车辆等机件用材料，必须作低温（一般为40）冲击弯曲试验，以防止低温脆性断裂 对材料内部缺陷很敏感（可用来鉴定材料的冶金质量、热加工质量）二、疲劳强度二、疲劳强度1) 疲劳的概念疲劳的概念v工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，即使工作应力低于材料的屈

7、服强度，但经过一定循环周次后无明显塑性变形仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲劳 v零件的疲劳断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段2) 疲劳强度 v当零件所受的应力低于某一值时，即使循环周次无穷多也不发生断裂，称此应力值为疲劳强度或疲劳极限 v材料的疲劳强度通过实验得到 用实验得到的交变应力大小和断裂循环周次之间的关系绘制出图示的之间的关系曲线，即疲劳曲线v疲劳曲线表明，随着应力的 减小，循环次数在增加，当 应力降到一定值后， 曲线趋于水平，这就意味着材 料在此应力作用下无限次循环 也不会产生断裂，此应力称为 材料对称弯曲疲劳极限，用-l 表示，单位为Ma v在疲劳强度的实验中，不可能把循环次数作到无穷大，而是规定一定的循环次数作为基数，超过这个基数就认为不再发生疲劳破坏v常用钢材的循环基数为107，有色金属和某些超高强度钢的循环基数为108v影响疲劳强度的因素甚多,其中主要有循环应力特性、温度、材料的成分和组织、表面状态、残留应力等v钢的疲劳强度约为抗拉强度的40一50，有色金属约为抗拉强度2550 三、金属材料的物理、化学及工艺性能三、金属材料的物理、化学及工艺性能1、物理性能 金属材料的物理性能主要有：密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性等。2、化学性能 它是金属材料在室温或高温时抵抗各种化学