1.1-金属及合金的性能解析

布氏硬度原理
2021/2/12
洛氏硬度原理
维氏硬度原理
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布氏硬度
• 布氏硬度 HB
HB 0.102
2P
D(D D2 d 2 )
布
氏
硬
度
计
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布氏硬度试验原理图
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• 压头为钢球时,布氏硬度用符号HBS表示,适用于布氏 硬度值在450以下的材料。
• 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布 氏硬度在650以下的材料。
只有掌握这些知识，才能合理地选用材料、以充分发
挥材料的潜力，延长使用寿命，并降低成本。此外，为了
正确地制定铸造、锻压、焊接、热处理和切削加工等工艺
规程，提高产品质量和产量，也必须学习金属材料的基础
知识。 2021/2/12
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工件加工过程:
选材→选毛坯→预先热处理→机械加工 →最终热处理→精加工→检验
本章的主要内容
1-1 金属及合金的性能
1-2 铁碳合金及其状态图
1-3 钢的热处理
2021/2/12 1-4 其他常用金属材料
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1-1 金属及合金的性能
使用性能:材料在使用过程中所表 现的性能。 力学性能 物理性能 化学性能 工艺性能
物理性能主要是指密度、熔点、热 膨胀性、导热性、电磁性能等;
化20学21/2性/12能主要是指耐腐蚀性能。
第一章 钢铁材料及热处理
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现代工业、农业、国防和科学技术都离不开工程材料, 虽然近年来非金属材料（陶瓷、高分子及复合材料）发展 迅速,但是金属材料由于具有良好的物理性能、化学性能、 力学性能以及工艺性能，因此在这些部门仍然获得了广泛 的应用。
金属材料及热处理主要研究金属与合金的成分和所经 历的热处理过程与其内部组织和性能的相互关系，以及如 何改善金属及合金的组织与性能。
条件屈服强度0.2:残余变 形量为0.2%时的应力。 抗拉强度b:材料断裂前所 承受的最大应力值。
低碳钢
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铸铁
2. 塑性
☆ 塑性 断裂前材料产生永久变形的能 力, 用伸长率和断面收缩率来表示。
☆ 伸长率（δ） 在拉伸试验中, 试样 拉断后, 标距的伸长与原始标距的百 分比称为伸长率。
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☆ 冲击韧性:材料抵抗冲击载荷作用的能力,常用一次摆 锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击吸收功,用符号 Ak 表示。用冲击吸收功除以试样缺口处截面积 S0 , 即 得到材料的冲击韧度 ak。
Ak = mgh – mgh’ (J)
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冲击试样和冲击试验示意图
建造中的Titanic 号
② 直径d0 相同时,L0,。只有当L0/d0为常数时，
塑性值才有可比性。
当L0 = 10d0 时，伸长率用10 表示; 当L0 = 5d0 时，伸长率用5 表示。显然5 > 10 ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征 < 时，有颈缩，为塑性材料表征
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3. 硬度
☆ 硬度:材料抵抗其他硬物压入的能力,即受压时 抵抗局部塑性变形的能力。
40～77 薄钢板、表面硬化工件
维氏硬度 HV 金刚石棱锥 5～120 <1300
各种硬度工件
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4. 冲击韧性
动载的主要形式:
☆ 载荷以较高速度施加到零构件上,形成冲击。 抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧度aKU
☆ 载荷大小和方向做周期性变化,形成交变载荷。 材料能承受规定次循环而不断裂的最大应力值称 为疲劳强度1
L1 L0 100%
L0
☆ 断面收缩率（ψ） 试样拉断后, 缩 颈处截面积的最大缩减量与原横断面 积的百分比称为断面收缩率。
S0 S1 100%
S0
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说明
L1 L0 100%
L0
S0 S1 100%
S0
① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
HRB ，压头为1/16英寸淬火钢球， 用于测量低硬度材料, 如有色金属 和退火、正火钢等。
HRC ，压头为120°金刚石圆锥， 用于测量中等硬度材料，如调质钢、 淬火钢等。
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维氏硬度
HV=Fபைடு நூலகம்S压
维氏硬度试验原理
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维氏硬度压痕
维氏硬度计 16
常用硬度的比较
压头
载荷 kgf 硬度范围
• 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值, 符号后面的 数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。
如 120HBS10/1000/30 表示
布
直径为10mm的钢球在
氏 硬
1000kgf（9.807kN）载荷
度
作用下保持30s测得的布氏 硬度值为120。
压 痕
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洛 氏 硬 度 计
TITANIC
应用
HBS
钢球
布氏硬度
HBW 硬质合金球
≤3000 ≤3000
≤450 有色合金，退正火调质钢
450～650
淬火、调质钢
HRA 金刚石圆锥 60
20～88 碳化物、硬质合金
HRB 钢球
100
洛氏硬度
HRC 金刚石圆锥 150
20～100 有色合金，退正火钢
20～70
淬火、调质钢
HRD 金刚石圆锥 100
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由于机件的用途不同,对其物理性能的要求也不 同。例如,飞机、汽车等交通工具，为了减轻重量， 采用密度较低的材料;而熔点高的材料可以用来制 造耐热零件;制造电机等则需要考虑材料的导电性 和磁性等；金属材料对周围介质如大气、海水等 各种介质侵蚀的抵抗能力叫耐蚀性。
工艺性能:材料在加工过程中所表现的性能 ,即指 其铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能 和热处理性能。
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洛氏硬度
• 洛氏硬度用符号HR表示, HR=k-(h1-h0)/0.002
• 根据压头类型和主载荷不同,分为九 个标尺，常用的标尺为A、B、C。
洛氏硬度测量原理图
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钢球压头与 金刚石压头
洛氏硬度压痕
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符号HR前面的数字为硬度值,后面 为使用的标尺。
HRA ,压头为120°金刚石圆锥，用 于测量高硬度材料, 如硬质合金、 表面淬火钢。
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金属及合金作为结构材料,应具备的最主要性能是 力学性能,即材料抵抗外力的能力。
力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳 强度等。
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1. 强度
强度:材料在外力作用下抵 抗变形和破坏的能力。
拉 伸 试 验 机
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1. 强度
屈服强度s:材料发生微量 塑性变形时的应力值。