黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程函授学习材料(7)

维氏硬度 维氏硬度试验方法是英国史密斯和塞德兰德于1925年提出的。和布氏、洛氏硬度试验相比，维氏硬度试验测量范围较宽，从较软材料到超硬材料，几乎涵盖各种材料。

材料的硬度与测量方法有关，也与表面层的其它性质如耐磨损性能、强度、残余应力和塑性等有关。通常，表面层所能承受的压力载荷越大，其表面硬度越高。图2-5是一些常见材料的表面硬度。

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图2-5 常见材料的硬度

(2) 脆性

材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。一般固体的脆性有一定的温度范围。脆性的类型也有多种，如冷脆，热脆，氢脆和氧脆等。

冷脆 指材料在低温条件下的极小塑变脆断。大多发生在体心立方和密排六方晶体结构。冷脆与材料的韧性和脆性联系紧密。高韧性的材料不容易发生冷脆。在温度低于一个特定温度的时候，材料的吸收的冲击功会突然减小，从韧性转变为脆性，这一温度即为冷脆转变温度。实验上一般用冲击试验来确定这一温度。 材料的晶体结构，基体相组织结构，温度，引入新元素，相的大小及夹杂物等都会影响冷脆转变温度。磷在纯铁中有相当大的溶解度。磷能提高钢的强度，但使其塑性和韧性降低，特别是它使钢的脆性转变温度急剧升高，即提高了钢的冷脆（低温脆性）。

热脆 指合金在加热到远没达到该成分合金的理论熔点的情况下，出现的一敲就散架的现象，所以被称为―热脆‖。原因是当合金在正常冷却速度的情况下，并不是象纯种金属那样开始凝固和结束凝固的温度是相同的（即有熔点），而是有一个范围的，而且先凝固的合金成分和后凝固的不同。先凝固的成分具有更高的熔点，化学成分和没凝固的也不相同，先凝固的部分占用掉的金属成分会改变剩余未凝固金属的化学成分，使它的完全凝固温度比之前更低，越来越低。当最后凝固之后，整块合金中的成分并不是处处相同的，而是先凝固的部分和后凝固的部分具有不同的成分比，所以具有不同的熔化温度。而我们通常说合金的成分比是指它们的总的成分比，这样我们根据总的成分比判断的熔化温度就和实际合金当中存在的最低熔化温度不符合，有时要高很多。当我们自以为还远没达到合金的熔化温度时，合金当中实际上已经有部分金属熔化了，而且因为冷却是自表向里的关系，这些易熔成分都是处于垂直合金表面呈放射状向里密密麻麻分布高熔点成分的针状体的间隙中的，所以这样的合金就一敲就碎，显得非常没有强度了。

某些钢材400～500℃温度区间长期停留后室温下的冲击值有明显下降的现象。在高温时并不表现出脆性，只有用常温冲击试验才能表现出脆性上升，可比正常值下降50％～60％以上。其组织状态及其他性能并无变化。低合金铬镍钢、锰钢、含铜钢当含硫量达到一定程度时,就会出现热脆性的性质。S在钢中以FeS的形式存在，而FeS和Fe易形成熔点较低（仅有985度）的共晶体。当钢在1100~1200度进行热加工时，分布于晶界的低熔点的共晶体熔化而导致开裂，这

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就是通常所说的S的―热脆‖现象。

氢脆 溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称白点。氢脆只可防，不可治。氢脆一经产生，就消除不了。在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10-6量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。

出现氢脆的工件通过除氢处理（如加热等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。如电镀件的去氢都在200～240度的温度下，加热2～4小时可将绝大部分氢去除。 氢在常温常压下不会对钢产生明显的腐蚀，但当温度超过300℃和压力高于30MPa时，会产生氢脆这种腐蚀缺陷，尤其是在高温条件下。如合成氨生产过程中的脱硫塔、变换塔、氨合成塔；炼油过程中的一些加氢反应装置；石油化工生产过程中的甲醇合成塔等。 紧固件避免和消除氢脆的措施

(A)减少金属中渗氢的数量，必须尽量减少高强度/高硬度钢制紧固件的酸洗。在除锈和氧化皮时，尽量采用喷砂抛丸的方法。在除油时，采用清洗剂或溶剂除油等化学除油方式，渗氢量较少，若采用电化学除油，先阴极后阳极，高强度零件不允许用阴极电解除油；在热处理时，严格控制甲醇和丙烷的滴注量；在电镀时，碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少。

(B)采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层 一般认为，在电镀Cr、Zn、Cd、Ni、Sn、Pb时，渗入钢件的氢容易残留下来，而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金属镀层具有低氢扩散性和低氢溶解度，渗氢较少。在满足产品技术条件要求的情况下，可采用机械镀锌或无铬锌铝涂层，不会发生氢脆，耐蚀性高，附着力好，且比电镀环保。

(C)镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患若零件经淬火、焊接等工序后内部残留应力较大，镀前应进行回火处理，回火消除应力实际上可以减少零件内的陷阱数量，从而减轻发生氢脆的隐患。

(D)控制镀层厚度，由于镀层覆盖在紧固件表面，镀层在一定程度上会起到氢扩散屏障的作用，这将阻碍氢向紧固件外部的扩散。

对于表面层和涂层来说，脆性是不好的一个性质。并且脆性也经常和硬度相关，一般硬度越大，脆性越大。与脆性相对的是展延性 (ductility) 延展性是物质的物理属性之一，它指可锤炼可压延程度.易锻物质不需退火可锤炼可压延.可锻物质,则需退火进行锤炼和压延。脆性物质则在锤炼后压延程度显得较差。物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性；在外力（锤击或滚轧）作用能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。如金属的延展性良好，其中金、铂、铜、银、钨、铝都富于延展性。石英、玻璃等非金属材料在高温时也有一定的延展性。 延展性是金属矿物的一种特性，金属键的矿物在外力作用下的一个特征就是产生塑性形变，这就意味着离子能够移动重新排列而失去粘接力，这是金属键矿物具有延展性的根本原因。金属键程度不同，则延展性也有差异。 (3) 残余应力

金属加工过程中由于不均匀的应力场、应变场、温度场和组织不均匀性，在变形后的变形体内保留下来的应力。材料在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用于影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。残余应力是当物体没有外部因素作用时，在物体内部

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保持平衡而存在的应力。凡是没有外部作用，物体内部保持自相平衡的应力，称为物体的固有应力，或称为初应力，亦称为内应力。残余应力是一种固有应力。 残余应力的存在状态是随材料性能、产生条件等的不同而异，分类的方法也不一致。

按照残余应力平衡范围的不同，通常可将其分为三种： （A）第一类称宏观残余应力，它是由工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，故其应力平衡范围包括整个工件。例如，将金属棒施以弯曲载荷，则上边受拉而伸长，下边受到压缩；变形超过弹性极限产生了塑性变形时，则外力去除后被伸长的一边就存在压应力，短边为张应力。这类残余应力所对应的畸变能不大，仅占总储存能的0.1％左右。 （B）第二类称微观残余应力，它是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生的。其作用范围与晶粒尺寸相当，即在晶粒或亚晶粒之间保持平衡。这种内应力有时可达到很大的数值，甚至可能造成显微裂纹并导致工件破坏。 < …… 此处隐藏：2639字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……