《金属材料力学性能最常用的几项指标》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料力学性能最常用的几项指标（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、金属材料力学性能最常用的几项指标硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和
2、热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种测试方法是最长用的，它们是金属硬度检测的主要测试方法。而洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检测，据统计，目前应用中的硬度计 70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于
3、大型的及不可移动工件的硬度检测。1.布氏硬度计原理对直径为 D 的硬质合金压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径 d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。图 1 布氏硬度试验原理HB =F / S (1-1)=F / Dh (1-2)= (1-3)式中：F 试验力，N；S 压痕表面积，mm；D 球压头直径，mm；h 压痕深度， mm；d 压痕直径，mm布氏硬度计的特点：布氏硬度检测的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是 10 mm 直径球压头，3000kg 试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而
4、不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。它的试验数据稳定，重现性好，精度高于洛氏，低于维氏。此外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。布氏硬度试验的缺点是压痕较大，成品检验有困难，试验过程比洛氏硬度试验复杂，测量操作和压痕测量都比较费时，并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较大误差，因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验，一般要求由专门的实验员操作。布氏硬度与抗拉强度的关系由于布氏硬度试验能够反映出试样较大范围内的综合性能，因此布氏硬度与材料的其他机械性能关系密切，尤其是与抗拉强度存在近似的换算关系：
5、 b=KHB (1-6)式中： b抗拉强度值，MN/m 2；K常数，不同材料有不同的数值。通过测试布氏硬度可以间接得到材料的抗拉强度。这一点在生产实际中具有重大意义。可以通过测量硬度的方法得到近似的强度值，这样既可以提高工作效率，又可以节省材料。部分金属材料的换算关系如 1-3 表所示。材料 布氏硬度值 近似换算关系钢125175175 b0.343HB10MN/m 2 b0.363HB10MN/m 2铸铝合金 b0.26HB10MN/m 2退火黄铜、青铜 b0.55HB10MN/m 2冷加工后的黄铜、青铜 b0.40HB10MN/m 22.洛氏硬度计原理在规定条件下，将压头(金刚石圆锥、钢球
6、或球)分 2 个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度 h。以压痕残余深度 h 代表硬度的高低。洛氏硬度试验原理如图 2-1 所示。硬质合金1在初始试验力 F0下的压入深度；2在总试验力 F0+F1下的压入深度；3去除主试验力 F1后的弹性回复深度；4残余压入深度 h；5试样表面；6测量基准面；7压头位置洛氏硬度试验分为 2 种，一种是普通洛氏硬度试验，一种是表面洛氏硬度试验。洛氏硬度试验采用 1200金刚石圆锥和 1.588mm、3.175mm 钢球三种压头，采用 60kg、100kg、150kg 三种试验力，它们共有九种组合，对应于洛氏硬度的九个标尺，即 HRA、H
7、RB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK。表面洛氏硬度试验采用 1200金刚石圆锥和 1.588mm 钢球 2 种压头，采用 15kg、30kg、45kg三种试验力，它们共有六种组合，对应于表面洛氏的六个标尺，即HR15N、HR30N、HR45N、HR15T、HR30T、HR45T。洛氏硬度标尺技术条件洛氏硬度标尺 硬度符号 压头类型 初试验力F0(N)主试验力F1(N)总试验力 F0+ F1(N)适用范围 A HRA 120金刚石圆锥 98.07 490.3 588.4 2088HRAB HRB 1.5875mm 钢球 98.07 882.6 980.7 20100HRB
8、C HRC 120金刚石圆锥 98.07 1373 1471 2070HRCD HRD 120金刚石圆锥 98.07 882.6 980.7 4077HRDE HRE 3.175mm 钢球 98.07 882.6 980.7 70100HREF HRF 1.5875mm 钢球 98.07 490.3 588.4 60100HRFG HRG 1.5875mm 钢球 98.07 1373 1471 3094HRGH HRH 3.175mm 钢球 98.07 490.3 588.4 80100HRHK HRK 3.175mm 钢球 98.07 1373 1471 40100HRK表面洛氏硬度标尺技术
9、条件表面洛氏硬度标尺 硬度符号 压头类型 初试验力F0(N)主试验力F1(N)总试验力 F0+ F1(N)适用范围 15N HR15N 117.7 147.1 7094HR15N30N HR30N 264.8 294.2 4286HR30N45N HR45N120 金刚石圆锥 29.42 411.9 441.3 2077HR45N15T HR15T 117.7 147.1 6793HR15T30T HR30T 264.8 294.2 2982HR30T45T HR45T1.5875mm钢球 29.42 411.9 441.3 1072HR45T取自国家标准 GB/T230.1-2004注：力值
10、单位 9.8N=1kg)洛氏硬度计特点洛氏硬度试验操作简单，测量迅速，可在指示表上直接读取硬度值，工作效率高，成为最常用的硬度试验方法之一。由于试验力较小，压痕也小，特别是表面洛氏硬度试验的压痕更小，对大多数工件的使用无影响，可直接测试成品工件，初试验力的采用，使得试样表面轻微的不平度对硬度值的影响较小，因此，此仪器非常适于在工厂使用，适于对成批加工的成品或半成品工件进行逐件检测，该试验方法测量操作的要求不高，非专业人员容易掌握。 3.维氏硬度计原理3.1 维氏硬度计原理采用正四棱锥体金刚石压头，在试验力作用下压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度，见图 3-1。
11、图 3-1 维氏硬度试验原理图试验力除以压痕表面积的商就是维氏硬度值。维氏硬度值按式()计算：HV = 常数试验力/压痕表面积 0.1891 Fd 2 (31)式中：HV维氏硬度符号；F试验力，N；d压痕两对角线 d1、d 2的算术平均值，mm实用中是根据对角线长度 d 通过查表得到维氏硬度值。国家标准规定维氏硬度压痕对角线长度范围为 0.0201.400mm3.2 维氏硬度的表示方法维氏硬度表示为 HV，维氏硬度符号 HV 前面的数值为硬度值，后面为试验力值。标准的试验保持时间为 1015S。如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如：600HV30表示采用 294.2N(
12、30kg)的试验力，保持时间 1015S 时得到的硬度值为 600。600HV30/20表示采用 294.2N(30kg)的试验力，保持时间 20S 时得到的硬度值为 600。3.3 维氏硬度试验的分类和试验力选择维氏硬度试验按试验力大小的不同，细分为三种试验，即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。见表 3-1表 3-1 维氏硬度试验的三种方法试验力范围/N 硬度符号 试验名称 F49.03 HV5 维氏硬度试验 1.961F49.03 HV0.2 小负荷维氏硬度试验 0.09807F1.961 HV0.01 显微维氏硬度试验 维氏硬度试验可选用的试验力值很多，见表 3-2。
13、表 3-2 推荐的维氏硬度试验力维氏硬度试验 小负荷维氏试验试验 显微维氏硬度试验 硬度符号 试验力/N 硬度符号 试验力/N 硬度符号 试验力/NHV5 49.03 HV0.2 1.961 HV0.01 0.09807HV10 98.07 HV0.3 2.942 HV0.015 0.1471HV20 196.1 HV0.5 4.903 HV0.02 0.1961HV30 294.2 HV1 9.807 HV0.025 0.2452HV50 490.3 HV2 19.61 HV0.05 0.4903HV100 980.7 HV3 29.42 HV0.1 0.9807注：1.维氏硬度试验可使用大
14、于 980.7N 的试验力； 2.显微维氏试验力为推荐值。 试验力的选择要根据试样种类、试样厚度和预期的硬度范围而定。标准规定，试样或试验层的厚度至少为压痕对角线长度的 1.5 倍。试验后试样背面不应出现可见的变形痕迹。3.4 维氏硬度试验的优点维氏硬度试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确，因此，维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。维氏硬度试验测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料(几个维氏硬度单位)到很硬的材料(3000 个维氏硬度单位)都可测量。维氏硬度试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关
15、，只要是硬度均匀的材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。3.5 维氏硬度试验的缺点维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。3.6 维氏硬度计的应用维氏硬度试验主要用于材料研究和科学试验方面小负荷维氏硬度试验主要用于测试小型精密零件的硬度，表面硬化层硬度和有效硬化层深度，镀层的表面硬度，薄片材料和细线材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等，由于试验力很小，压痕也很小，试样外观和使用性能都可以不受影响。显微维氏硬氏试验主要用于金属学和金相学研究。用于测定金属组织中各组成相的硬度，用于研究难熔化合物脆性等。显微维氏硬度试验还用于极小或极薄零件的测试，零件厚度可薄至m。里氏硬度计原理用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头在距离试样表面 1mm 处的回弹速度与冲击速度之比计算出的数值就是里氏硬度。里氏硬度计实际上是肖氏硬度计的改进型，它们测定的都是冲击体在试样表面经试样塑性变形消耗能量后的剩余能量。里氏硬度的计算公式如下： HL=1000UR/UA 式中：HL里氏硬度符号UA 球头的冲击速度，m/s；UR 球头的反弹速度，m/s。 4.里氏硬度计特点里氏硬度计仪器轻巧，测试简便，快速，
