《工程材料力学性能》【第2版,束德林主编 】期末复习笔记(3)

2、硬度试验

(1)、★布氏硬度试验的基本原理（1900定，吃软不吃硬）

在直径D的钢珠（淬火钢或硬质合金球）上，加一定负荷F，压入被试金属的表面，保持规定时间卸除压力，

根据金属表面压痕的陷凹面积计算出应力值，以此值作为硬度值大小的计量指标。

压痕相似原理：A、由于不同材料的硬度不同，试样的厚度不同，测定布氏硬度时适用不同直径的压头和压

力；B、要在同一材料（但是厚度不同的多个试样）上测得相同的布氏硬度或在不同材料上测得的硬度可以相互比较；C、压痕的形状必须相似，即压入角应该相等；D、布氏硬度相同时，要保证压入角相等；E、试样的厚度-定压头直径D-表2-2定值-定载荷

★布氏硬度特点：A、直径较大的压头，压痕面积大，能反应较大范围内材料各组成相的综合平均性能，不

受个别相和微区不均匀性的影响；B、分散性小，重复性好，数据稳定；C、适用于粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度，像灰铸铁和轴承合金等。

优点：A、代表性全面，因为其压痕面积较大，能反映金属表面较大体积范围内各组成相综合平均的性能数

据，故特别适宜于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或粗大组成相的金属材料。B、试验数据稳定。试验数据从小到大都可以统一起来。

★布氏硬度缺点：A、钢球本身变形问题。对HB>450以上的太硬材料，因钢球变形已很显著，影响所测数

据的正确性，因此不能使用。B、由于压痕较大，不宜于某些表面不允许有较大压痕的成品检验，也不宜于薄件试验。C、不同材料需更换压头直径和改变试验力，压痕直径的测量也较麻烦。

表示方法：硬度值HBW球直径/试验力/试验力保持时间（10-15S不标注）

eg:150HBS10/3000/30表示直径淬火钢球，加压3000KGF，保持30S，测得的布氏硬度值为150；

500HBW5/750,表示硬质合金球，压头直径5mm,加压750KGF，保持10-15S，测得的硬度值为500；

(2)、洛氏硬度的测量原理（1919，软硬通吃）

压头有两种：一种是圆锥角为120度的金刚石圆锥体；另一种是一定直径的小淬火钢球或硬质合金球。

洛氏硬度是以压痕陷凹深度作为计量硬度值的指标。

洛氏硬度试验的优缺点

洛氏硬度试验避免了布氏硬度试验所存在的缺点。

★洛氏硬度优点： 1)因有硬质、软质两种压头，故适于各种不同硬质材料的检验，不存在压头变形问题；

2)压痕小，不伤工件，适用于成品检验 ；

3)操作迅速，立即得出数据，测试效率高。

★洛氏硬度缺点：代表性差，用不同硬度级测得的硬度值无法统一起来，无法进行比较。

《工程材料力学性能》【第2版,束德林主编 】期末复习笔记

表示方法：硬度值、符号HR、标尺字母

EG：60HRC指用C标尺测得的洛氏硬度值为60；60HRBW/60HRBS指用B标尺测得的洛氏硬度值为60（分别用的是硬质合金球W和淬火钢球S）

(3)、维氏硬度的测定原理（1925，软硬通吃）

维氏硬度的测定原理和布氏硬度相同,也是根据单位压痕陷凹面积上承受的负荷，即应力值作为硬度值的计量指标。相对面间夹角为136度的金刚石四棱锥体。

★维氏硬度特点：A、压痕几何相似，载荷大小任意选择；B、测定范围较宽，软硬都可以；C、压痕为轮廓清晰的正方形；D、材料硬度小于450HV时，维氏与布氏大致相同；E、计算工作效率高。

维氏硬度的优缺点

1）、不存在布氏那种负荷F和压头直径D的规定条件的约束，以及压头变形问题；

2）、也不存在洛氏那种硬度值无法统一的问题；

3）、它和洛氏一样可以试验任何软硬的材料，并且比洛氏能更好地测试极薄件(或薄层)的硬度，压痕测量的精确度高，硬度值较为精确。

4）、负荷大小可任意选择。（维氏显微硬度）

唯一缺点是硬度值需通过测量对角线后才能计算(或查表)出来，因此生产效率没有洛氏硬度高。

表示方法：硬度值、符号HV、试验力、试验保持时间（10-15S不标注）

EG：640HV30，指试验力为294.2N下保持10-15S测得的维氏硬度为640（查表2-5）

（4）、其他硬度试验方法

努氏硬度试验HK采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。

肖氏硬度试验HS采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。

里氏硬度试验HL采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。

（5）、硬度试验方法的选择

渗碳层的硬度分布（HK，HV），淬火钢（HRC），灰铸铁（HB），鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体（显微HV），

渗氮层（ＨＲＡ），高速钢刀具（HRC），退火态低碳钢（HRB），仪表小铜齿轮（HB，HRB），龙门刨床导轨（HS），

硬质合金（HRA）。

Q:说明下列力学性能指标的意义

（1）σｂｃ——材料的抗压强度 （2）σｂｂ——材料的抗弯强度 （3）τｓ——材料的扭转屈服点

（4）τｂ——材料的抗扭强度 （5）σｂｎ——材料的抗拉强度 （6）NSR——材料的缺口敏感度

（7）HBS——压头为淬火钢球的材料的布氏硬度（8）HBW——压头为硬质合金球的材料的布氏硬度

（9）HRA——材料的洛氏硬度 （10）HRB——材料的洛氏硬度 （11）HRC——材料的洛氏硬度

（12）HV——材料的维氏硬度 （13）HK——材料的努氏硬度 （14）HS——材料的肖氏硬度

（15）HL——材料的里氏硬度

Q:在评定材料的缺口敏感应时，什么情况下宜选用缺口静拉伸试验?什么情况下宜选用缺口偏斜拉伸?什么情况下则选用缺口静弯试验?

缺口静拉伸试验主要用于比较淬火低中温回火的各种高强度钢，各种高强度钢在屈服强度小于1200MPa时，其缺口强度均随着材料屈服强度的提高而升高；但在屈服强度超过1200MPa以上时，则表现出不同的特性，有的开始降低，有的还呈上升趋势。

缺口偏斜拉伸试验就是在更苛刻的应力状态和试验条件下，来检验与对比不同材料或不同工艺所表现出的性能差异。

缺口试样的静弯试验则用来评定或比较结构钢的缺口敏感度和裂纹敏感度。

Q:缺口冲击韧性试验能评定那些材料的低温脆性?那些材料不能用此方法检验和评定？

答案：缺口冲击韧性试验能评定的材料是低、中强度的体心立方金属以及Bb，Zn，这些材料的冲击韧性对温度是很敏感的。对高强度钢、铝合金和钛合金以及面心立方金属、陶瓷材料等不能用此方法检验和评定。 Q:（课后第8题）今有如下零件和材料需要测定硬度，试说明选择何种硬度实验方法为宜。

（1）渗碳层的硬度分布；（2）淬火钢；（3）灰铸铁；（4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体；（5）仪表小黄铜齿轮；（6）龙门刨床导轨；（7）渗氮层；（8）高速钢刀具；（9）退火态低碳钢；（10）硬质合金。

《工程材料力学性能》【第2版,束德林主编 】期末复习笔记

答：（1）渗碳层的硬度分布---- HK或-显微HV （2）淬火钢-----HRC

（3）灰铸铁-----HB （4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微HV或者HK

（5）仪表小黄铜齿轮-----HV （6）龙门刨床导轨-----HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬度)

（7）渗氮层-----HV （8）高速钢刀具-----HRC

（9）退火态低碳钢-----HB （10）硬质合金----- HRA

第三章 材料的冲击 载荷下的力学性能

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