材料微观组织表征及性能分析力性评价2-2
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载荷、压头和表示方法的不同，又分为布氏硬 度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等多种。
——
2.3 其他常规的力学性能
——
硬 •压入法－材料表面抵抗另一物理压入时所引
度 起的塑性变形抗力；
•刻划法－材料抵抗表面局部断裂的能力；
物 •回跳法－材料弹性变形功的大小。
理
意
硬度值实际上不是一个单纯的物理量，它是表征着
对塑性材料只能压扁，不能压缩到断裂
特
作用在构件上的外力可合成为同方向的作用力
点
由于试样与压头间的摩擦，易出现不均匀变形
——
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验
应 力 应 变
压缩试验时试样的受力情况
—— /
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验
应 力 应 变
低碳钢压缩试验时的应力-应变曲线
转
扭转弹性变形时断面切应力和应变分布状况
试
验
——
应 力 特 点
2. 3 其他常规的力学性能
扭
转
扭转塑性变形时，断面切应力和应变分布状况
试
验
——
应 力 特 点
2. 3 其他常规的力学性能
扭
转
圆柱试样扭转断裂断口形式
试
验
——
断 裂 特 征
2. 3 其他常规的力学性能
剪
切 试 作用于构件两侧面上的横向外力大小相等
——
2. 3 其他常规的力学性能
剪 切 试 验
受 力 、 变 形
双剪切时的受力和变形特点
2. 3 其他常规的力学性能
剪
切
试
温度：10-35℃（室温）
验
试验机夹头的对中
——
试验速度：不大于15mm/min（RT），
测 试
不大于5mm/min（ET）、平稳
规
高温试验的温度控制、测温与保温时间要求
¾ 应力腐蚀、氢脆… …
——2
2.3 其他常规的力学性能
硬度是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变
硬 形，压痕或划痕的能力，是衡量金属材料软硬 度 程度的一种指标。硬度的试验方法很多，基本
可分为压入法和刻划法两大类。在压入法中，
分 根据加载速度不同又分为静载压入法和动载压 类 入法（弹性回跳法）。在静载压入法中，根据
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
剪切断面率百分比的尺寸
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
标准冲击断口形貌图
——
2. 3 其他常规的力学性能
落 锤 试 验
实 际 工 况
标准落锤试样示意图
——
——
2. 3 其他常规的力学性能
弯
曲
试
多应用于轴类部件（近于实际服役状态）
验 适于评价脆性材料（不怕偏斜、不怕夹持）
不适于高塑性材料（不能断裂）
特 点
试样断面上的应力分布不均匀（表面大）
——
——
2. 3 其他常规的力学性能
弯 曲 试 验
应 力 分 布
三点弯曲试样的弯矩图和剪力图
——
验
作用于构件两侧面上的横向外力方向相反
作用于构件两侧面上的横向外力作用线相隔很近
特
点
试验种类多，可逼近实际服役构件状况
——
——
2. 3 其他常规的力学性能
剪 切 试 验
受 力 、 变 形
单剪切时的受力和变形特点
——
2. 3 其他常规的力学性能
剪 切 试 验
受 力 、 变 形
双剪切时的受力和变形特点
度
试样背后看不到变形痕迹；
布ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
保证压痕在0.24-0.60D；
氏 压痕测量应在读数显微镜上进行（保证精度）；
硬 度
有效数字：硬度值大于100的保留整数，10-100的
保留小数点一位，10以下保留小数点两位
2. 3 其他常规的力学性能
硬
•试验 报告：
度
——
采用的标准编号（国标或ASTM）；
布
试样的详细信息；
——
2. 3 其他常规的力学性能
扭 转 试 处于软应力状态（α=0.8） 验 对于圆柱试样不会出现颈缩
可以清楚地区分最终断裂形式（切断、正断）
特
点
可灵敏地反应表面是否有缺陷
——
——
2. 3 其他常规的力学性能
扭 转 试 验
应 力 特 点
扭转试样表面应力状态
2. 3 其他常规的力学性能
扭
度 ¾需试样较大，有时要更换压头和载荷，压痕直
径测量费时，不适用成品
2. 3 其他常规的力学性能
硬
特点：用测量压痕面积计算硬度值
度
——
洛 氏 硬 度
用金刚石圆锥压头试验示意图
2. 3 其他常规的力学性能
硬
特点：用测量压痕面积计算硬度值
度
——
洛 氏 硬 度
用球压头试验示意图
——
2. 3 其他常规的力学性能
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬 度 维氏与络氏的比较：
¾ 络氏要求满足F/D2等于常数，而维氏不要求也 能满足几何形状不变的原则，由此，可以任意变
维 换载荷； 氏 硬 ¾维氏压头的136°压痕小，正好对应于络氏的 度 0.375D（0.24-0.60D）
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬
维氏与络氏的比较：
硬
应用范围及优缺点：
度
¾ 可以通过变换试验标尺测量硬度较高的材料
¾压痕小，可用于半成品，操作简便、工作效率
洛 氏 高，适于批量检验 硬 ¾压痕小，代表性差、分散度大，各标尺间无内 度 在联系，不能直接对比
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬
特点：用测量136°金刚石正四棱锥压痕对角线计算硬度值
度
维 氏 硬 度
2.3 其他常用力学性能(1)
2.3 其他常规的力学性能
常 ¾ 硬度 规 ¾ 扭转性能 性 能 ¾ 弯曲性能
¾ 压缩性能 ¾ 剪切性能 ¾ 冲击韧性
——1
2.3 其他常规的力学性能
¾ 断裂韧性
常 规
¾ 疲劳性能（高周、低周、裂纹扩展）
性 ¾ 高速拉伸（压缩）
能 ¾ 蠕变性能
¾ 持久性能
¾ 应力松弛性能
—— /
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验
应 力 应 变
铸铁压缩试验时的应力-应变曲线
—— /
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验 试 样
圆柱体试样
——
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验 试 样
正方形柱体试样
——
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验
试 样
压缩试样的破坏形式
β
Ak=mgH-mgh=mg(H-h)
原
= mgL(cosα-cosβ)
冲击
理
试样缺口处截面积：FN
冲击韧性：
冲击试验原理
ak= Ak/FN
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
冲击试验布置示意图
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验
要 求
冲击试样缺口方向与取样位置示意图
氏 硬
试验温度、试验参数（载荷、压头直径、保持
度 时间、测量精度等）；
其他试验细节
2. 3 其他常规的力学性能
——
硬 应用范围及优缺点： 度 ¾ 适用与退火、正火态的钢铁样，铸铁，有色金
属及其合金，特别对较软金属，如铝、铅、锡等
布 氏
¾由于压头大，测得的数据反映较大范围内的均
硬 值，且数据稳定、重复性好
度
维 氏 硬 度
2. 3 其他常规的力学性能
——
硬
应用范围及优缺点：
度
¾ 主要适用于各种表面处理后的渗层或镀层的硬
度，以及较小、较薄工件的硬度测量，显微维氏
维 硬度还可用于区分合金中组成相的硬度
氏 硬
¾适用的载荷范围宽、不需变换标尺
度 ¾测量工作较麻烦，效率较低
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬
2.3 其他常规的力学性能
——
硬 •操作要点：
度
试验温度（23±5℃ ）；
试样支承：平、稳、洁；
布 氏 硬
压头选择：优先使用D10mm压头； 试验力（载荷）：保证压痕在0.24-0.60D
度
保持时间：10-15s（2-8s完成加载）
压痕间距：2.5-3.0倍压痕
2. 3 其他常规的力学性能
——
硬 •结果处理：
度 ¾测量精度低，重复性差、受人工因素影响较
大，对弹性系数差较大的材料无可比性
2. 3 其他常规的力学性能
硬 度 ¾ 分散度大—统计效果
——
注
¾ 试样的要求（平行度、光洁度）
意 问 ¾ 评价指标的选择
题
¾ 载荷等测试参量的选择
2. 3 其他常规的力学性能
压
缩
适于评价脆性材料（如铸铁）
试 验
适于评价锻压、轧制等变形过程
定
2. 3 其他常规的力学性能
冲
击
用于评价冲击载荷下服役的构件（材料）
试
验
简单、便捷，具有普遍性（判断材料的韧性）
试样的类型多、要求高
特
试验的种类多、范围广
点
试验结果的影响因素多、复杂
——
2. 3 其他常规的力学性能
摆试
冲
摆锤
锤样
击
试 验
m
（冲击试验布置）
冲击吸收功：
h
α
L H
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
冲击试验机摆锤刀刃
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
V型夏比冲击试样对中夹钳
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
试验温度对材料强度的影响
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
冲击吸收能量与试验温度关系曲线
应用范围及优缺点：
度
¾ 主要
纳 米 硬 度
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬
特点：为动态力试验法-弹性回跳硬度试验
度
肖 氏 硬 度
2. 3 其他常规的力学性能
——
硬
应用范围及优缺点：
度
¾ 适用于现场测试轧辊、机床床面、导轨、大型
锻件等工件硬度
肖 氏
¾操作简便、工作效率高，几乎不产生压痕，可
硬 用于成品
2. 3 其他常规的力学性能
弯 曲 试 验
应 力 分 布
四点弯曲试样的弯矩图和剪力图
——
2. 3 其他常规的力学性能
弯 曲 试 验
应 力 分 布
弯曲试样的正应力分布
2. 3 其他常规的力学性能
弯
曲
三点弯曲试验：
试 验
σbb=FbbLs/4W
四点弯曲试验：
强 度
σbb=Fbbl/2W
其中：W=bh2/6(矩形样) W=πd3/32(圆形样)
硬 •原理：压痕直径与深度的关系 度
布 氏 硬 度
——
2.3 其他常规的力学性能
——
硬 •试样与设备：
度
试样表面应该是光滑的平面；
保持测试面与支撑面对平行度、表面无变性；
试样的厚度至少是最大压痕深度的8倍
布
氏 硬
试验力误差在±1.0%以内；
度
压痕直径测量精度在压痕直径的±0.5%以内；
标准试样示值误差符合标准
义 材料的弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等一系列不
同物理量组合的一种综合性能指标。一般认为硬度是材
料表面抵抗局部压入变形或刻划破裂的能力。
2.3 其他常规的力学性能
硬 •原理－布氏硬度值HBW是试验力除以压痕球 度 形表面积所得的商再乘以0.102。（不同球径
使用相似原理）
布 氏 硬 度
——
2.3 其他常规的力学性能
——
2.3 其他常规的力学性能
——
硬 •压入法－材料表面抵抗另一物理压入时所引
度 起的塑性变形抗力；
•刻划法－材料抵抗表面局部断裂的能力；
物 •回跳法－材料弹性变形功的大小。
理
意
硬度值实际上不是一个单纯的物理量，它是表征着
对塑性材料只能压扁，不能压缩到断裂
特
作用在构件上的外力可合成为同方向的作用力
点
由于试样与压头间的摩擦，易出现不均匀变形
——
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验
应 力 应 变
压缩试验时试样的受力情况
—— /
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验
应 力 应 变
低碳钢压缩试验时的应力-应变曲线
转
扭转弹性变形时断面切应力和应变分布状况
试
验
——
应 力 特 点
2. 3 其他常规的力学性能
扭
转
扭转塑性变形时，断面切应力和应变分布状况
试
验
——
应 力 特 点
2. 3 其他常规的力学性能
扭
转
圆柱试样扭转断裂断口形式
试
验
——
断 裂 特 征
2. 3 其他常规的力学性能
剪
切 试 作用于构件两侧面上的横向外力大小相等
——
2. 3 其他常规的力学性能
剪 切 试 验
受 力 、 变 形
双剪切时的受力和变形特点
2. 3 其他常规的力学性能
剪
切
试
温度：10-35℃（室温）
验
试验机夹头的对中
——
试验速度：不大于15mm/min（RT），
测 试
不大于5mm/min（ET）、平稳
规
高温试验的温度控制、测温与保温时间要求
¾ 应力腐蚀、氢脆… …
——2
2.3 其他常规的力学性能
硬度是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变
硬 形，压痕或划痕的能力，是衡量金属材料软硬 度 程度的一种指标。硬度的试验方法很多，基本
可分为压入法和刻划法两大类。在压入法中，
分 根据加载速度不同又分为静载压入法和动载压 类 入法（弹性回跳法）。在静载压入法中，根据
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
剪切断面率百分比的尺寸
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
标准冲击断口形貌图
——
2. 3 其他常规的力学性能
落 锤 试 验
实 际 工 况
标准落锤试样示意图
——
——
2. 3 其他常规的力学性能
弯
曲
试
多应用于轴类部件（近于实际服役状态）
验 适于评价脆性材料（不怕偏斜、不怕夹持）
不适于高塑性材料（不能断裂）
特 点
试样断面上的应力分布不均匀（表面大）
——
——
2. 3 其他常规的力学性能
弯 曲 试 验
应 力 分 布
三点弯曲试样的弯矩图和剪力图
——
验
作用于构件两侧面上的横向外力方向相反
作用于构件两侧面上的横向外力作用线相隔很近
特
点
试验种类多，可逼近实际服役构件状况
——
——
2. 3 其他常规的力学性能
剪 切 试 验
受 力 、 变 形
单剪切时的受力和变形特点
——
2. 3 其他常规的力学性能
剪 切 试 验
受 力 、 变 形
双剪切时的受力和变形特点
度
试样背后看不到变形痕迹；
布ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
保证压痕在0.24-0.60D；
氏 压痕测量应在读数显微镜上进行（保证精度）；
硬 度
有效数字：硬度值大于100的保留整数，10-100的
保留小数点一位，10以下保留小数点两位
2. 3 其他常规的力学性能
硬
•试验 报告：
度
——
采用的标准编号（国标或ASTM）；
布
试样的详细信息；
——
2. 3 其他常规的力学性能
扭 转 试 处于软应力状态（α=0.8） 验 对于圆柱试样不会出现颈缩
可以清楚地区分最终断裂形式（切断、正断）
特
点
可灵敏地反应表面是否有缺陷
——
——
2. 3 其他常规的力学性能
扭 转 试 验
应 力 特 点
扭转试样表面应力状态
2. 3 其他常规的力学性能
扭
度 ¾需试样较大，有时要更换压头和载荷，压痕直
径测量费时，不适用成品
2. 3 其他常规的力学性能
硬
特点：用测量压痕面积计算硬度值
度
——
洛 氏 硬 度
用金刚石圆锥压头试验示意图
2. 3 其他常规的力学性能
硬
特点：用测量压痕面积计算硬度值
度
——
洛 氏 硬 度
用球压头试验示意图
——
2. 3 其他常规的力学性能
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬 度 维氏与络氏的比较：
¾ 络氏要求满足F/D2等于常数，而维氏不要求也 能满足几何形状不变的原则，由此，可以任意变
维 换载荷； 氏 硬 ¾维氏压头的136°压痕小，正好对应于络氏的 度 0.375D（0.24-0.60D）
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬
维氏与络氏的比较：
硬
应用范围及优缺点：
度
¾ 可以通过变换试验标尺测量硬度较高的材料
¾压痕小，可用于半成品，操作简便、工作效率
洛 氏 高，适于批量检验 硬 ¾压痕小，代表性差、分散度大，各标尺间无内 度 在联系，不能直接对比
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬
特点：用测量136°金刚石正四棱锥压痕对角线计算硬度值
度
维 氏 硬 度
2.3 其他常用力学性能(1)
2.3 其他常规的力学性能
常 ¾ 硬度 规 ¾ 扭转性能 性 能 ¾ 弯曲性能
¾ 压缩性能 ¾ 剪切性能 ¾ 冲击韧性
——1
2.3 其他常规的力学性能
¾ 断裂韧性
常 规
¾ 疲劳性能（高周、低周、裂纹扩展）
性 ¾ 高速拉伸（压缩）
能 ¾ 蠕变性能
¾ 持久性能
¾ 应力松弛性能
—— /
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验
应 力 应 变
铸铁压缩试验时的应力-应变曲线
—— /
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验 试 样
圆柱体试样
——
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验 试 样
正方形柱体试样
——
2. 3 其他常规的力学性能
压 缩 试 验
试 样
压缩试样的破坏形式
β
Ak=mgH-mgh=mg(H-h)
原
= mgL(cosα-cosβ)
冲击
理
试样缺口处截面积：FN
冲击韧性：
冲击试验原理
ak= Ak/FN
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
冲击试验布置示意图
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验
要 求
冲击试样缺口方向与取样位置示意图
氏 硬
试验温度、试验参数（载荷、压头直径、保持
度 时间、测量精度等）；
其他试验细节
2. 3 其他常规的力学性能
——
硬 应用范围及优缺点： 度 ¾ 适用与退火、正火态的钢铁样，铸铁，有色金
属及其合金，特别对较软金属，如铝、铅、锡等
布 氏
¾由于压头大，测得的数据反映较大范围内的均
硬 值，且数据稳定、重复性好
度
维 氏 硬 度
2. 3 其他常规的力学性能
——
硬
应用范围及优缺点：
度
¾ 主要适用于各种表面处理后的渗层或镀层的硬
度，以及较小、较薄工件的硬度测量，显微维氏
维 硬度还可用于区分合金中组成相的硬度
氏 硬
¾适用的载荷范围宽、不需变换标尺
度 ¾测量工作较麻烦，效率较低
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬
2.3 其他常规的力学性能
——
硬 •操作要点：
度
试验温度（23±5℃ ）；
试样支承：平、稳、洁；
布 氏 硬
压头选择：优先使用D10mm压头； 试验力（载荷）：保证压痕在0.24-0.60D
度
保持时间：10-15s（2-8s完成加载）
压痕间距：2.5-3.0倍压痕
2. 3 其他常规的力学性能
——
硬 •结果处理：
度 ¾测量精度低，重复性差、受人工因素影响较
大，对弹性系数差较大的材料无可比性
2. 3 其他常规的力学性能
硬 度 ¾ 分散度大—统计效果
——
注
¾ 试样的要求（平行度、光洁度）
意 问 ¾ 评价指标的选择
题
¾ 载荷等测试参量的选择
2. 3 其他常规的力学性能
压
缩
适于评价脆性材料（如铸铁）
试 验
适于评价锻压、轧制等变形过程
定
2. 3 其他常规的力学性能
冲
击
用于评价冲击载荷下服役的构件（材料）
试
验
简单、便捷，具有普遍性（判断材料的韧性）
试样的类型多、要求高
特
试验的种类多、范围广
点
试验结果的影响因素多、复杂
——
2. 3 其他常规的力学性能
摆试
冲
摆锤
锤样
击
试 验
m
（冲击试验布置）
冲击吸收功：
h
α
L H
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
冲击试验机摆锤刀刃
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
V型夏比冲击试样对中夹钳
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
试验温度对材料强度的影响
——
2. 3 其他常规的力学性能
冲 击 试 验 要 求
冲击吸收能量与试验温度关系曲线
应用范围及优缺点：
度
¾ 主要
纳 米 硬 度
——
2. 3 其他常规的力学性能
硬
特点：为动态力试验法-弹性回跳硬度试验
度
肖 氏 硬 度
2. 3 其他常规的力学性能
——
硬
应用范围及优缺点：
度
¾ 适用于现场测试轧辊、机床床面、导轨、大型
锻件等工件硬度
肖 氏
¾操作简便、工作效率高，几乎不产生压痕，可
硬 用于成品
2. 3 其他常规的力学性能
弯 曲 试 验
应 力 分 布
四点弯曲试样的弯矩图和剪力图
——
2. 3 其他常规的力学性能
弯 曲 试 验
应 力 分 布
弯曲试样的正应力分布
2. 3 其他常规的力学性能
弯
曲
三点弯曲试验：
试 验
σbb=FbbLs/4W
四点弯曲试验：
强 度
σbb=Fbbl/2W
其中：W=bh2/6(矩形样) W=πd3/32(圆形样)
硬 •原理：压痕直径与深度的关系 度
布 氏 硬 度
——
2.3 其他常规的力学性能
——
硬 •试样与设备：
度
试样表面应该是光滑的平面；
保持测试面与支撑面对平行度、表面无变性；
试样的厚度至少是最大压痕深度的8倍
布
氏 硬
试验力误差在±1.0%以内；
度
压痕直径测量精度在压痕直径的±0.5%以内；
标准试样示值误差符合标准
义 材料的弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等一系列不
同物理量组合的一种综合性能指标。一般认为硬度是材
料表面抵抗局部压入变形或刻划破裂的能力。
2.3 其他常规的力学性能
硬 •原理－布氏硬度值HBW是试验力除以压痕球 度 形表面积所得的商再乘以0.102。（不同球径
使用相似原理）
布 氏 硬 度
——
2.3 其他常规的力学性能