材料性能学作业 (1)

1.简述硬度测试的类型、原理和优缺点？[至少回答三种]
（一）、布氏硬度
优点：压痕面积较大，其硬度值能反应材料在较大区域内各组成相的平均性能，因此，布氏硬度检验最适合测定灰铸铁、轴承合金等材料的硬度（具有粗大晶粒或者粗大组成相）。

压痕大的另一优点是实验数据稳定，重复性高。

缺点：因压痕直径较大，一般不宜在成品件上直接进行检验，不宜于薄件试验；硬度不同的材料需要更换压头直径D和载荷F，同时压痕直径的测量也比较麻烦。

（二）、洛氏硬度
优点：操作简便迅速，压痕小，可对工件直接进行检验；采用不用标尺，可测定各种软硬不用和薄厚不一试样的硬度。

缺点：因压痕较小，代表性差；尤其是材料中的偏析及组织不均匀等情况，使所测硬度值的重复性查、分散度大；用不同标尺测得的硬度值既不能直接进行比较，又不能彼此互换。

（三）、维氏硬度
优点：由于角锥压痕清晰，采用对角线长度计量，精确可靠；压头为四棱锥体，当载荷改变时，压入角恒定不变，因此可以任意选择载荷，而不存在布氏硬度那种载荷F与压球直径D之间的关系约束，也不存在洛氏硬度那种不同标尺的硬度无法统一的问题，而且比洛氏硬度所测试件厚度更薄。

缺点：测定方法较麻烦，工作效率低，压痕面积小，代表性差，所以不宜用于成批生产的常规检验。

2.说明布氏硬度与维氏硬度测出的硬度值相差不大的原因。

布氏硬度是用钢球或硬质合金球作为压头，维氏硬度是用两相对面夹角为136°的金刚石四棱锥作为压头，两个硬度都是采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。

3.简述扭转实验、弯曲实验的特点？渗碳淬火钢、陶瓷玻璃试样研究其力学性能常用的方法是什么？
（一）、扭转试验特点
扭转的应力状态软性系数（α=0.8）较拉伸的应力状态软性系数（α=0.5）高，故可
τσ=的强度和塑性。

用来测定那些在拉伸时呈现脆性断裂的材料(/0.50.8)
s c
扭转试验时试样截面的应力分布为表面最大，愈往心部愈小，故此法对材料表面及表面缺陷的反应十分敏感。

利用这一特性，可对各种表面强化工艺进行研究和对机件的热处理表面质量进行检验。

圆柱形试样在扭转试验时，整个试样长度上始终不产生缩颈现象。

塑性变形始终是均匀的，其截面及标距长度也基本上保持原尺寸不变，故可用来精确评定那些拉伸时出现缩颈的高塑性材料的形变能力和形变抗力。

扭转试验时正应力与切应力大致相等，而生产中所使用的大部分金属结构材料的
στ>，所以，扭转试验是测定这些材料的切断强度的最可靠方法。

c f
（二）、弯曲实验特点
弯曲加载时受拉的一侧应力状态基本上与静拉伸时相同，且不存在如拉伸时的所谓试样偏斜对试验结果的影响。

因此弯曲试验常用于测定那些由于太硬难于加工成拉伸试样的脆性材料的断裂强度，并能显示出他们的塑性差别。

弯曲试验时，截面上的应力分布也是表面上应力最大，故可灵敏地反映材料的表面缺陷，
因此常用来比较和评定材料表面处理层的质量。

塑性材料的max F f 曲线的最后部分可任意延长，表明弯曲试验不能使这些材料断裂，在这种情况下虽可测定规定非比例弯曲应力，但实际上很少应用。

这种情况下一般采用拉伸试验。

渗碳淬火钢、陶瓷玻璃试样研究其力学性能常用的方法是扭转实验。

4.有下述材料需要测量硬度，试说明选用何种硬度实验方法？为什么？a. 渗碳层的硬度分布，b. 淬火钢，c. 灰口铸铁，d. 硬质合金，e. 仪表小黄铜齿轮，f. 高速工具钢，g. 双相钢中的铁素体和马氏体，h. Ni 基高温合金，i. Al 合金中的析出强化相，j. 5吨重的大型铸件，k. 野外矿物。

A. 渗碳层的硬度分布：努氏硬度（努氏硬度压痕细长，且只测量长对角线长度，精确度较高，适于测定表面渗层、镀层和淬硬层的硬度分布等）
B. 淬火钢：洛氏硬度HRC （洛氏硬度操作简便迅速，压痕小，可对工件直接进行检验；采用不用标尺，可测定各种软硬不用和薄厚不一试样的硬度）
C. 灰口铸铁：布氏硬度（压痕面积较大，其硬度值能反应材料在较大区域内各组成相的平均性能，因此，布氏硬度检验最适合测定灰铸铁、轴承合金等材料的硬度（）
D. 硬质合金：洛氏硬度HRA （洛氏硬度操作简便迅速，压痕小，可对工件直接进行检验；采用不用标尺，可测定各种软硬不用和薄厚不一试样的硬度）
E. 仪表小黄铜齿轮：维氏硬度
F. 高速工具钢：洛氏硬度HRC （洛氏硬度操作简便迅速，压痕小，可对工件直接进行检验；采用不用标尺，可测定各种软硬不用和薄厚不一试样的硬度）
G. 双相钢中的铁素体和马氏体：维氏硬度
H. Ni 基高温合金：洛氏硬度
I. Al 合金中的析出强化相：维氏硬度
J. 5吨重的大型铸件：肖氏硬度（肖氏硬度计使用方便，便于携带，可测现场大型工件的硬度）
K. 野外矿物：莫氏硬度（陶瓷以及矿物材料常用的划痕硬度称为莫氏硬度）。