华中科技大学《材料力学》课件-第4章材料的硬度.pptVIP

第四章 材料的硬度 华中科技大学《材料力学》 4.1 前言 古时，利用固体互相刻划来区分材料的软硬 硬度仍用来表示材料的软硬程度。 硬度值大小取决于材料的性质、成分和显微组织，测量方法和条件不符合统一标准就不能反映真实硬度。 目前还没有统一而确切的关于硬度的物理定义。 硬度测定简便，造成的表面损伤小，基本上属于“无损”检测的范畴。 测定硬度的方法很多，主要有压入法，回跳法和刻划法三大类。。 4.2 布氏硬度 压入法硬度:氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度,表征材料表面抵抗外物压人时引起塑性变形的能力。4.2.1 布氏硬度测定的原理和方法 压力将淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力，试件表面留下压痕，单位压痕表面积上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值。 施加压力P,压头直径D, 压痕深度h或直径d,计算出布氏硬度值，单位为kgf/mm2（一般不标注）。 （4-1） 公式表明，当压力和压头直径一定时，压痕直径越大，布氏硬度值越低，即变形抗力越小；反之，布氏硬度值越高。 由于不同材料的硬度不同，试件的厚度不同，测定布氏硬度时需选用不同直径的压头和压力。要在同一材料上测得相同的布氏硬度，或在不同的材料上测得的硬度可以相互比较，压痕的形状必须几何相似，压入角应相等。 布氏硬度相同时，要保证压入角相等，则P/D2应为常数。 国标GB231-84根据材料的种类及布氏硬度范围，规定了7种P/D2之值，见表4-1。 压头直径选定: 试件的厚度应大于压痕深度的10倍。尽可能选用大直径的压头。根据材料及其硬度范围，参照表4-1选择P/D2。 测试加载压力与试件表面垂直，均匀平稳，无冲击。 压力作用下的保持时间有规定，对黑色金属应为10秒，有色金属为30秒，对HB＜35的材料为60秒。压痕直径d不在0.25 –0.6 D 范围无效。 符号表示：压头为淬火钢球，HBS；压头为硬质合金球，HBW HBS或HBW之前的数字表示硬度值，其后的数字依次为压头直径、压力和保持时间。 例：150HBSl0／3000／30表示用10mm直径淬火钢球，加压3000kgf，保持30s，测得的布氏硬度值为150； 500HBW5／750，表示用硬质合金球，压头直轻5mm，加压750kgf，保持10-15秒(保持时间为10-15，不加标注)，测得布氏硬度值为500。 4.2.2 布氏硬度的特点和适用范围 压痕面积大，能反映出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。布氏硬度分散性小，重复性好 适合于测定粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度，象灰铸铁和轴承合金等。 试验证明，在一定的条件下，布氏硬度与抗拉强度存在如下的经验关系 σb=k HB (4-3) 式中k为经验常数，随材料不同而异。表4-2列出了常见金属材料的抗拉强度与HB的比例常数。 压痕较大，不宜在实际零件表面、薄壁件、表面硬化层上测定布氏硬度。 淬火钢球作压头，测定HB＜450的材料的硬度； 硬质合金球作压头，测定的硬度可达650HB． 4.3 洛氏硬度 4.3.1 洛氏硬度测定的原理和方法 洛氏硬度是直接测量压痕深度，压痕愈浅表示材料愈硬 常用的压头： 顶角为1200的金刚石圆锥体 直径为Φ1.588mm(1／16英寸)的钢球压头 试验程序：先加10kg预压力，再加主压力。预压力+主压力=总压力，总压力视材料的软硬而定；不同压头和施加不同的总压力，组成不同的洛氏硬度标尺。 常用A、B和C三种标尺，C标尺最普遍。用这三种标尺的硬度记为HRA、HRB和HRC。 测定HRC采用金刚石压头，最好用图示 先加10kgf预载，压入材料表面的深度为t0，此时表盘上的指针指向零点(见图4-3(a))。 然后再加上140kgf主载荷，压头压入表面的深度为t1，表盘上的指针逆时针方向转到相应的刻度(见图4-3(b))。 卸除主载荷以后，表面变形中的弹性部分将回复，压头将回升一段距离，即(t1-t)，表盘上的指针将相应地回转(见图4-3(c))。 最后，在试件表面留下的残余压痕深度为t。 为符合人的思维，即数值越大越硬，规定：t＝0.2mm时,HRC＝0；t＝0,HRC＝100，压痕深度每增0.002mm, HRC降低1个单位。于是有 HRC＝(0.2-t)／0.002＝（100-t）／0.002 (4-4) 图4-3 洛氏硬度试验过程的示意图 4.3.2 洛氏硬度的优缺点及其应用 优点： ①因为硬度值可从硬度机的表盘上直接读出，故测定洛氏硬度更为简便迅速,工效高； ②对试件表面造成的损伤较小，可用于