第2章金属的硬度分析.ppt

* 本章作业 1：布氏硬度概念和测量原理是什么？ 2：布氏硬度测量为什么要满足相似性原理？ 3：解释下面布氏硬度表示方法的意义 1）150HBS10/1000/30； 2）200HBW10/3000/10 4：今有下面工件需要测量硬度，说明采用那种方法较好？1）渗碳层的硬度分布；2）球墨铸铁；3）鉴别钢中的马氏体和残余奥氏体； 5：用压入法测量硬度时，讨论如下情况造成的误差： 1）过于接近其它硬度测量点；2）试样太薄。 6：解释下面名词：布氏硬度；维氏硬度；显微硬度；洛氏硬度；表面洛氏硬度。 7：说明维氏硬度与布氏硬度和洛氏硬度相比的优点和缺点。 8：画图推导维氏硬度计算公式 * 金属力学性能 第2章 金属的硬度 * 本章内容 硬度及其意义 布氏硬度 维氏硬度 洛氏硬度 硬度测量操作要点 金属的硬度与强度的关系 * 1、硬度 表征材料软硬程度的一种性能,随试验方法的不同，物理意义不同。 2、硬度的种类 压入法：布氏硬度、洛氏、维氏、普氏等。表征材料的塑性变形抗力及应变硬化能力。应力状态软性系数最大，α2，几乎所有的材料都能产生塑性变形。 刻划法：莫氏硬度。表征材料对切断的抗力。 回跳法：肖氏硬度。表征金属弹性变形功的大小。 同一类方式的硬度可以换算；不同类方式则只能采用同一材料进行标定。 硬度及其意义 * 硬度测试过程中压痕区域材料发生弹性变形、塑性变形甚至断裂； 压痕区域材料的力学行为复杂，反映了材料弹塑性变形以及加工硬化能力； 硬度试验较简便，工程上多作为经验数据使用，如鉴别材料和工艺好坏； 硬度数据与其它力学性能指标存在一定关系，如与抗拉强度。原因在于硬度和抗拉强度都与大塑性变形抗拉有关。 * 表面渗氮处理齿轮 * 原理 用一定直径D的淬火钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力，将其压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力。试样表面留下压痕。力除以压痕球形表面积的商就是布氏硬度。 压头：淬火钢球；或硬质合金钢球  布氏硬度 * 其中P为施加的压力；D为钢球直径；d为球冠直径 HB的单位是Kgf/mm2 上面的式子中， ，当 确定时，张角 也就唯一确定，从而HB也唯一确定。为了保证对同一材料，测量的HB相同，那么必须满足： 此时， 也就是两次测量在几何上是相似的，这就是布氏硬度测量的相似性原理。 * 问题：选择多大的 ？ 大，那么压痕深；否则，压痕浅。 对于布氏硬度测量，希望硬度不要太深，也不要太浅。因此对硬的材料， 大一些，对软的材料， 小一些。 试验表明，压痕太深、太浅测量结果稳定性都不好，大量试验表明，在下面的试验条件下，测量结果最为稳定： 当 * 布氏硬度试验规程 试样厚度: 样品厚度一般要远大于压痕深度, 载荷较大，样品要厚。 P/D2：样品硬度高，P/D2要大 载荷保持时间：压头压入材料后，材料的塑性变形需要时间，硬度越高，塑性往往越小，载荷保持时间可以越小 * 以钢（黑色金属）和铝合金（有色金属）为例，说明： 为什么钢的P/D2取30，而铝的P/D2取10？ 为什么钢的载荷保持时间比铝的小？ 试样厚度与载荷大小的关系？ * 布氏硬度数据表示方法 载荷、压头直径、保持时间是布氏硬度试验三要素。 150HBS10/1000/30表示：硬度150，S表示采用淬火钢球；10表示压头直径10mm，1000表示载荷为1000Kg，30表示载荷保持时间为30s 200HBW10/3000/10表示：硬度200，硬质合金钢球；压头直径10mm，载荷3000Kg，载荷保持时间10s。 * 布氏硬度试验 查待测材料可能的硬度 查手册选择试验标准， 包括载荷、压头直径、 保持时间等 进行试验测试。 尽可能选择较大载荷！！ * 布氏硬度特点 优点： 压痕面积大，反映较大范围内材料的硬度性能 试验数据稳定，重复性好，应用广泛 适用于晶粒粗大、相组成复杂、相尺寸较大的材料 缺点： 为保证数据可靠，需根据材料的种类和试样的厚薄更换压头。d=0.24~0.6D 属有损检测，压痕较大，不能在成品表面进行检测 试验操作和压痕测量费时，工作效率低，不能连续检测，在大批量生产检验时不宜使用 * 维氏硬度 * α=136o的金刚石四棱锥体 取α=136o 与布氏硬度的计算方法相同。 维氏硬度可分为宏观和 微观两种： 宏观：F=49.03～980.7 N 六级 大载荷 F=1.961～49.03 N 七级 小载荷 显微：F=98.07×10-3～1.961 N