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材料在其他靜載荷下的力學(xué)性能
2.1 壓縮試驗
2.1.1 概述
壓縮試驗是測定材料在軸向靜壓力作用下的力學(xué)性能的試驗，是材料機械性能試驗的基本方法之一。主要用于測定金屬材料在室溫下單向壓縮的屈服點和脆性材料的抗壓強度。
壓縮性能是指材料在壓應(yīng)力作用下抗變形和抗破壞的能力。
工程實際中有很多承受壓縮載荷的構(gòu)件，如大型廠房的立柱、起重機的支架、軋鋼機的壓緊螺栓等。這就需要對其原材料進行壓縮試驗評定。
2.1.2 概念
壓縮屈服強度：當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，試樣在試驗過程中達到力不在增加而繼續(xù)變形時所對應(yīng)的壓縮應(yīng)力。
上壓縮屈服強度：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高壓縮應(yīng)力。
下壓縮屈服強度：屈服期間不計瞬時效應(yīng)時的最低壓縮應(yīng)力。
抗拉強度：對于脆性材料，試樣壓至破壞過程中的最大壓縮應(yīng)力。
壓縮彈性模量：試驗過程中，軸向壓應(yīng)力與軸向應(yīng)變呈線性比例關(guān)系范圍內(nèi)的軸向壓應(yīng)力與軸向應(yīng)變的比值。
2.1.3 試驗設(shè)備儀器及試樣
設(shè)備儀器：（1）材料萬能試驗機；（2）游標卡尺。
壓縮試樣通常為柱狀，橫截面有圓形和方形兩種。
試樣受壓時，兩端面與試驗機壓頭間的摩擦力會約束試樣的橫向變形，且試樣越短，影響越大；但試樣太長容易產(chǎn)生縱向彎曲而失穩(wěn)。
2.1.4 壓縮試驗的力學(xué)分析
低碳鋼
低碳鋼試樣裝在試驗機上，受到軸向壓力F作用，試樣產(chǎn)生變形量△l兩者之間的關(guān)系如圖。
低碳鋼壓縮時也有彈性階段、屈服階段和強化階段。低碳鋼壓縮變形，不會斷裂，由于受到上下兩端摩擦力影響，形成“鼓形”。
試樣直徑相同時，低碳鋼壓縮曲線和拉伸曲線的彈性階段幾乎重合，屈服點也基本一致。
低碳鋼是塑性材料，試樣屈服后，塑性變形迅速增長，其橫截面積也隨之增大，增加的面積又能承受更大的載荷，所以只能測得屈服極限，無法測得強度極限。
鑄鐵
鑄鐵試樣裝在試驗機上，受到軸向壓力F作用，試樣產(chǎn)生變形量△l兩者之間的關(guān)系如圖。
灰鑄鐵的抗壓強度是其抗拉強度的3-4倍。
鑄鐵在較小變形下出現(xiàn)斷裂，略成“鼓形”，斷面的法線與軸線成45—55度；
試樣直徑相同時，鑄鐵壓縮曲線和拉伸曲線差異較大，其抗壓強度遠大于抗拉強度。
2.2 彎曲試驗
2.2.1 概述
彎曲性能指材料承受彎曲載荷時的力學(xué)性能。
彎曲試驗檢驗材料在受彎曲載荷作用下的性能，許多機器零件（如脆性材料制作的刀具、橫梁、車軸等）是在彎曲載荷下工作的，主要用于測定脆性和低塑性材料(如鑄鐵、高碳鋼、工具鋼等)的抗彎強度并能反映塑性指標的撓度；彎曲試驗還可用來檢查材料的表面質(zhì)量。
試驗一般在室溫下進行，所以也稱為冷彎試驗。
2.2.2 概念
撓度：彎曲變形時橫截面形心沿與軸線垂直方向的線位移；
彎曲應(yīng)力：彎曲時產(chǎn)生的應(yīng)力；
彎曲應(yīng)變：試樣跨度中心外表面上單元長度的微量變化；
彎曲彈性模量：彎曲應(yīng)力與彎曲應(yīng)變呈線性比例關(guān)系范圍內(nèi)的彎曲應(yīng)力與應(yīng)變之比。
彎曲強度：在達到規(guī)定撓度值時或之前，負荷達到最大值時的彎曲應(yīng)力；
2.2.3 彎曲試驗原理
將一定形狀和尺寸的試樣放置于一定跨距L的支座上，并施加一集中載荷，使試樣產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和變形。
彎曲試驗分為三點彎曲和四點彎曲，三點彎曲是最常用的試驗方法。
2.2.4 彎曲試樣及試驗裝置
彎曲試驗試樣的橫截面形狀可以為圓形、方形、矩形和多邊形，但應(yīng)參照相關(guān)產(chǎn)品標準或技術(shù)協(xié)議的規(guī)定；
室溫下可用鋸、銑、刨等加工方法截取，試樣受試部位不允許有任何壓痕和傷痕，棱邊必須銼圓，其半徑不應(yīng)大于試樣厚度的1/10；
彎曲試驗通常在萬能材料試驗機或壓力機上進行；常用的彎曲裝置有支輥式、V型模具式、虎鉗式、板式等。
2.2.5 彎曲試驗的力學(xué)分析
彎曲曲線是通過彎曲試驗得到的彎曲載荷和試樣彎曲撓度的關(guān)系曲線。
試樣彎曲時，受拉側(cè)表面的最大正應(yīng)力：σ=M/W。（M—最大彎矩，三點彎曲：M=FLs/4；四點彎曲：M=Fa/2；W—抗彎截面系數(shù)，對于直徑為d的圓形試樣：W=πd3/32；對于寬帶為b，高為h的矩形試樣：W=bh2/6。
2.2.6 性能指標
抗彎強度——試樣彎曲至斷裂前達到的，按彈性彎曲應(yīng)力公式計算得到的最大彎曲應(yīng)力，用符號σbb表示：σbb=Mb/W（Mb—斷裂時的彎矩）
灰鑄鐵的抗彎性能優(yōu)于抗拉性能。
斷裂撓度fbb——將試樣對稱地安放在彎曲試驗裝置上，撓度計裝在試樣中間的測量位置上，對試樣連續(xù)施加彎曲力，直至試樣斷裂，測量試樣斷裂瞬間跨距中點的撓度。
2.3 剪切試驗
2.3.1 概述
剪切試驗用于測試材料的剪切強度，剪切試驗實際上就是測定試樣剪切破壞時的最大錯動力。
受剪切力作用的工程結(jié)構(gòu)件有螺栓、銷釘、鉚釘?shù)取?/span>
作用在試樣兩個側(cè)面的載荷，其合力為大小相等、方向相反、作用線相距很近的一對力，如圖所示：
2.3.2 剪切試驗分類
一般分為單剪試驗、雙剪試驗、沖孔試驗、開縫剪切試驗和復(fù)合鋼板剪切試驗等。
2.3.4 試樣及試驗裝置
試樣
剪切試樣根據(jù)剪切試驗方法和夾具確定。
圓柱形試樣：試樣直徑和長度根據(jù)夾具確定，一般取直徑為5，10，15mm。沖孔板狀試樣：薄板不能做成圓柱形試樣時，可用沖孔剪切試樣，板狀試樣厚度一般小于5mm。實際零件剪切試樣：用實際零件如鉚釘、螺栓等。
試驗裝置
2.3.5 剪切性能的測定
室溫剪切試驗應(yīng)在10~35℃下進行；
對不同的試樣，選擇合適的裝置，裝置安裝時，與試驗機的壓頭中心線一致，不 得偏心；
剪切試驗速度≯15mm/min，高溫≯5mm/min；
高溫剪切試驗：試驗升溫時間≯1h，保溫時間為15～30min。
2.3.6 剪切試驗數(shù)據(jù)處理
試樣剪斷后，記下剪切試驗過程的最大試驗力F。按以下公式計算抗剪強度τb，MPa。
單剪抗剪強度：τb=F/S0（S0—試樣原始橫截面積，mm2）
雙剪抗剪強度：τb=F/2S0=2F/(πd2)（S0—試樣原始橫截面積，mm2）
雙剪抗剪強度：τb=F/(πd0t)（d0—沖孔直徑，mm2；t——試樣厚度，mm）
抗剪強度的計算精確到3位有效數(shù)。
剪斷后發(fā)生彎曲、斷口出現(xiàn)鍥形、橢圓形等剪切截面，結(jié)果無效，應(yīng)重做。
2.4 扭轉(zhuǎn)試驗
2.4.1 概述
扭轉(zhuǎn)試驗是測定材料抵抗扭矩作用的一種試驗，是材料機械性能試驗的基本試驗方法之一。扭轉(zhuǎn)試驗是對試樣施加扭矩T，測量扭矩T及相應(yīng)的扭角φ ，繪制出扭轉(zhuǎn)曲線圖，一般扭至斷裂，以便測定金屬材料的各項扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能指標。
在機械、石油、冶金等工程中有許多機械零部件承受扭轉(zhuǎn)載荷作用的實例，如如軸、彈簧等需進行扭轉(zhuǎn)試驗。
特點
扭轉(zhuǎn)時應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)較大，因而可用于測定那些在拉伸時表現(xiàn)為脆性的材料。如：淬火低溫回火工具鋼的塑性。
圓柱試件在扭轉(zhuǎn)試驗時，整個長度上的塑性變形始終是均勻的。試件截面及標距長度基本保持不變，不會出現(xiàn)靜拉伸時試件上發(fā)生的頸縮現(xiàn)象。
扭轉(zhuǎn)試驗可以明確地區(qū)分材料的斷裂方式，正斷或切斷。對于塑性材料，斷口與試件的軸線垂直，斷口平整并有回旋狀塑性變形痕跡。
扭轉(zhuǎn)試驗時，試件截面上的應(yīng)力應(yīng)變分布表明，該試驗對金屬表面缺陷顯示很大的敏感性。因此，可利用扭轉(zhuǎn)試驗研究或檢驗工件熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強化工藝的效果。
扭轉(zhuǎn)試驗時，試件受到較大的切應(yīng)力，因而還被廣泛地應(yīng)用于研究有關(guān)初始塑性變形的非同時性的問題。如彈性后效、彈性滯后以及內(nèi)耗等。
2.4.2 扭轉(zhuǎn)試驗的應(yīng)用
扭轉(zhuǎn)試驗可用于測定塑性材料和脆性材料的剪切變形和斷裂的全部力學(xué)性能指標，并且還有著其他力學(xué)性能試驗方法所無法比擬的優(yōu)點。
扭轉(zhuǎn)斷口形態(tài)
（a—切斷斷口，b—正斷斷口，c—層狀斷口）
塑性材料斷口與試件的軸線垂直，斷口平整并有回旋狀塑性變形痕跡（圖a），這是由切應(yīng)力造成的切斷；
脆性材料斷口約與試件軸線成45度成螺旋狀（圖b）；
如果材料的軸向切斷抗力比橫向的低，扭轉(zhuǎn)斷裂時可能出現(xiàn)層狀或木片狀斷口（圖c）。
可以根據(jù)斷口特征，判斷產(chǎn)生斷裂的原因以及材料的抗扭強度和抗拉（壓）強度相對大小。
2.4.3 扭轉(zhuǎn)試驗的原理
在試驗過程中，隨著扭矩的增大，試件標距兩端截面不斷產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，使扭轉(zhuǎn)角的增大，利用試驗機的繪圖裝置繪出曲線，即Mn—φ曲線（又稱扭轉(zhuǎn)圖）來描述。
根據(jù)材料性能的不同，扭轉(zhuǎn)曲線可以分為兩種典型——低碳鋼和鑄鐵。
扭轉(zhuǎn)圖與拉伸試驗測定的應(yīng)力—應(yīng)變曲線相似，這是因為在扭轉(zhuǎn)時試件的形狀不變，其變形始終是均勻的，即使進入塑性變形階段，扭矩仍隨變形的增大而增加，直至試件斷裂。
低碳鋼的扭轉(zhuǎn)曲線
彈性階段OA
曲線到達D點，在試件比較薄弱的某一局部(材質(zhì)不均勻或有缺陷處)，變形顯著增加，有效橫截面急劇減小，出現(xiàn)了縮頸現(xiàn)象。此后，試件的軸向變形主要集中在頸縮處，試件最后在頸縮處被拉斷。
外加扭矩不超過彈性范圍時，變形是彈性的，Mn-φ 曲線是一條直線。當邊緣處的剪應(yīng)力達到剪切屈服極限，此時對應(yīng)的扭矩為Mp。截面上的應(yīng)力成線形分布，表面的剪應(yīng)力最大。即τmax= Mn /Wn
屈服階段AB
超過彈性范圍后試樣開始屈服。屈服過程是由表面至圓心逐漸進行的，這時Mn-φ曲線開始變彎，橫截面的塑性區(qū)逐漸向圓心擴展，截面上的應(yīng)力不再是線形分布試樣整體屈服后，Mn-φ曲線上出現(xiàn)屈服平臺，此時主動指針指示的最小值屈服扭矩記作Ms。
外加扭矩不超過彈性范圍時，變形是彈性的，Mn-φ曲線是一條直線。當邊緣處的剪應(yīng)力達到剪切屈服極限，此時對應(yīng)的扭矩為Mp。截面上的應(yīng)力成線形分布，表面的剪應(yīng)力最大。即τmax= Mn / Wn
屈服強度τs=(3/4)(Ms/Wn)
強化階段BC
超過屈服階段后Mn—φ曲線又開始上升，表明材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，即材料要繼續(xù)變形扭矩就必須不斷增長。低碳鋼有很長的強化階段但沒有頸縮直至斷裂。
抗扭強度極限τb=(3/4)(Mb/Wn)
鑄鐵的扭轉(zhuǎn)曲線
鑄鐵的Mn—φ 曲線加載到一定程度就較明顯地偏離了直線直至斷裂。說明鑄鐵扭斷前的塑性變形較拉伸時明顯。鑄鐵斷裂時的最大剪應(yīng)力定義為強度極限記作τb。
τb=(3/4)(Mb/Wn)
2.4.4 扭轉(zhuǎn)試驗的試樣
根據(jù)現(xiàn)行標準規(guī)定，分為圓柱形試樣和管形試樣兩類。
圓柱形試樣推薦采用直徑為10mm，標距分別為50mm和10mm，平行長度分別為70mm和120mm的試樣。如采用其他直徑的試樣，其平行長度應(yīng)為標距加上兩倍直徑。
管形試樣的平行長度應(yīng)為標距加上兩倍外直徑。
2.3.5 扭轉(zhuǎn)試驗的儀器設(shè)備
扭轉(zhuǎn)試驗機
允許使用不同類型的機械式或電子式扭轉(zhuǎn)試驗機。試驗機扭矩示值相對誤差應(yīng)不大于士1%，應(yīng)由計量部門定期進行檢定；
試驗時，試驗機兩夾頭中之一應(yīng)能沿軸向自由移動，對試樣無附加軸向力，兩夾頭保持同軸；
試驗機應(yīng)能對試樣連續(xù)施加扭矩，無沖擊和震動，在30s內(nèi)保持扭矩恒定。
扭轉(zhuǎn)計
允許使用不同類型的扭轉(zhuǎn)計測量扭角，如鏡式扭轉(zhuǎn)計、表式扭轉(zhuǎn)計、電子型扭轉(zhuǎn)計等，推薦使用電子型扭轉(zhuǎn)計。
1—試樣；2—固定夾塊；3—緊定螺母；
4—旋轉(zhuǎn)夾塊；5—標距標尺；6—數(shù)字百分表
2.3.6 相關(guān)力學(xué)性能
試驗條件：試驗應(yīng)在室溫10～35℃下進行；扭轉(zhuǎn)速度:屈服前應(yīng)在3°～30°/min范圍內(nèi)，屈服后不大于720°/min。速度的改變應(yīng)無沖擊。
（1）剪切模量的測定
圖解法
用自動記錄方法記錄扭矩—扭角曲線。在曲線的彈性直線段上讀出扭矩增量和扭角增量。
扭矩—扭角曲線
剪切模量：G=(△TLe)/(△ΦIp)
Le—扭轉(zhuǎn)計標距；Ip—極慣性矩
逐級加載法
在彈性直線段范圍內(nèi)，用不少于5級等扭矩對試樣加載。記錄每級扭矩和相應(yīng)的扭角，計算出平均每級扭角增量，按圖解法中公式計算剪切模量G。
（2）規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強度的測定
用自動記錄方法記錄扭矩—扭角曲線。在曲線上延長彈性直線段交扭角軸于O點，截取OC段，過C點作彈性直線段的平行線CA交曲線于A點，A點對應(yīng)的扭矩為Tp。
規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強度：τb=Tp/W
（3）上、下屈服強度的測定
采用圖解法或指針法測定，試驗時用自動記錄方法記錄扭轉(zhuǎn)曲線，或直接觀測試驗機扭矩度盤指針的指示。
首次下降前的最大扭矩為上屈服扭矩，屈服階段中不計初始瞬間效應(yīng)的最小扭矩為下屈服扭矩。
上屈服強度：τeH=TeH/W
下屈服強度：τeL=TeL/W
（4）扭轉(zhuǎn)強度的測定
對試樣連續(xù)施加扭矩，直至扭斷。從記錄的扭轉(zhuǎn)曲線或試驗機扭矩度盤上讀出試樣扭斷前所承受的最大扭矩，用公式計算抗扭強度。
抗扭強度：τm=Tm/W
(τm—抗扭強度；Tm—最大扭矩；W—截面系數(shù))
2.3.7 試樣斷口分析
碳鋼破壞斷口形狀：平面斷口
表明斷裂是由剪應(yīng)力引起的。斷面上可看出回旋狀塑性變形的痕跡，是典型的韌狀斷口。斷裂時的剪應(yīng)力定義為強度極限記作τb 。
鑄鐵破壞斷口形狀：45°螺旋斷口
表明斷裂是由最大拉應(yīng)力引起的。而最大拉應(yīng)力先于最大剪應(yīng)力達到強度極限后發(fā)生斷裂又說明了鑄鐵的抗拉能力弱于其抗剪能力。
純扭轉(zhuǎn)時圓試樣的表面處于純剪應(yīng)力狀態(tài)，與桿軸成±45º角的螺旋面上分別作用著兩個主應(yīng)力: σ1、σ3 并與最大剪應(yīng)力τmax絕對值數(shù)值相等。因此試樣的斷口角度直接顯示材料是拉斷還是剪斷、材料自身抗拉、抗剪能力的強弱由此得到直接地比較。
純扭轉(zhuǎn)時圓試樣的表面處于純剪應(yīng)力狀態(tài)
2.5 硬度試驗
2.5.1 概述
硬度表征的是固體材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，反映了材料的軟硬程度。
硬度不是一個簡單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強度和韌性等力學(xué)性能的綜合指標。如刻劃法型硬度試驗表征金屬抵抗破裂的能力，而壓入法型硬度試驗表征金屬抵抗變形的能力。
硬度數(shù)據(jù)與其他力學(xué)性能存在一定關(guān)系，如抗拉強度。原因在于硬度和抗拉強度都與大塑性變形抗拉有關(guān)。
2.5.2 硬度的測試方法及分類
硬度試驗是應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能試驗，根據(jù)受力方式，可分為壓人法和劃痕法。在壓入法中，按照加力速度不同又可分為靜態(tài)力試驗法和動態(tài)力試驗法。通常所采用的布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等均屬于靜態(tài)力試驗法，肖氏硬度、里氏硬度和錘擊布氏硬度等屬于動態(tài)力試驗法。
硬度測試方法的分類
硬度測量方法的使用范圍
其中肖氏硬度也稱為回跳法，所以又可以分為：壓入法、彈性回跳法和劃痕法。
同一類方式的硬度可以換算；不同類方式則只能采用同一種材料進行標定。
硬度試驗特點
實驗方法簡單，無須加工試樣；
造成的表面損傷小，基本屬于“無損”或微損檢測范圍；
與其他靜載荷下的力學(xué)性能指標之間存在一定關(guān)系，如可以由硬度大致推測強度值；
測量范圍大可至多個晶粒，小可測單個晶粒，甚至幾個原子范圍（納米壓痕儀(NanoIndenter)）。
2.5.3 概念
布氏硬度（HB）：材料抵抗通過硬質(zhì)合金球壓頭施加試驗力所產(chǎn)生永久壓痕變形的度量單位。
努氏硬度（HK）：材料抵抗通過金剛石菱形錐體壓頭施加試驗力所產(chǎn)生永久壓痕變形的度量單位。
肖氏硬度（HS）：應(yīng)用彈性回跳法將撞銷（具有尖端的小錐，尖端上鑲有金剛鉆）從一定高度落到所測試材料的表面上而發(fā)生回跳，用測得的撞銷回調(diào)高度來表示的硬度。
洛氏硬度（HR）：材料抵抗通過硬質(zhì)合金，或?qū)?yīng)某一標尺的金剛石圓錐體壓頭施加試驗力所產(chǎn)生永久壓痕變形的度量單位。
維氏硬度（HV）：材料抵抗通過金剛石正四棱錐體壓頭施加試驗力所產(chǎn)生永久壓痕變形的度量單位。
里氏硬度（HL）：將規(guī)定質(zhì)量的沖擊體，在彈性力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭在距試樣表面1mm處的回彈速度與沖擊速度的比值計算的硬度值。
標準塊：用于壓痕硬度計間接檢驗、帶有檢定合格的壓痕值得標準塊狀物質(zhì)。
硬度測試試驗
2.5.4 硬度與材料抗拉強度的關(guān)系
金屬的壓入硬度與抗拉強度成正比例關(guān)系：
σb=kHB
其中k為比例系數(shù)，不同金屬材料的k值不同，同一種類的金屬經(jīng)過熱處理后，硬度和強度發(fā)生變化，但k值基本保持不變；
經(jīng)過冷變形后，金屬材料的k值不再是常數(shù)；
鋼鐵材料的k大約是3.3；
精確的強度數(shù)據(jù)要靠直接測量得到。
2.5.5 布氏硬度
原理：用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度值。
壓頭：淬火鋼球或硬質(zhì)合金鋼球。
載荷、壓頭直徑、保持時間是布氏硬度試驗三要素。
布氏硬度的表示方法
布氏硬度值單位為公斤力/mm2（N/mm2）；布氏硬度上限值為HB650，不能高于此值。
優(yōu)點：壓痕面積大，反映較大范圍內(nèi)材料的硬度性能；試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好，應(yīng)用廣泛；適用于晶粒粗大、相組成復(fù)雜、相尺寸較大的材料。
缺點：屬于有損檢測，壓痕較大，不能在成品表面進行檢測；操作復(fù)雜，效率低，不能連續(xù)檢測。
布氏硬度測試設(shè)備
2.5.6 洛氏硬度
原理：用金剛石圓錐或淬火鋼球壓頭，在試驗壓力F的作用下，將壓頭壓入材料表面，保持規(guī)定時間后，去除主試驗力，保持初始試驗力，用殘余壓痕深度增量計算硬度值，實際測量時，可通過試驗機的表盤直接讀出洛氏硬度的數(shù)值。
洛氏硬度載荷較大，不宜用于測量極薄試樣和表面硬化層，采用表面洛氏硬度測量。
優(yōu)點：操作簡單迅速，效率高，可直接讀出硬度值；壓痕小，可測量成品或較薄工件；可測量軟硬不同的材料硬度。
缺點：壓痕較小，代表性差；材料有偏析或組織不均勻時，數(shù)據(jù)重復(fù)性差；不同等級的洛氏硬度數(shù)據(jù)不具可比性。
壓頭—頂角120°金剛石圓錐或直徑1.588mm的淬火鋼球
1-1 —加上初載荷后壓頭的位置；
2-2 —加上初載荷+主載荷后壓頭的位置；
3-3 —卸去主載荷后壓頭的位置；
he —卸去主載荷的彈性恢復(fù)；
洛氏硬度標尺
洛氏硬度的表示方法
洛氏硬度試驗設(shè)備
2.5.7 維氏硬度
原理：在一定的靜檢測力作用將壓頭下壓入試樣的表面，保持規(guī)定時間后卸除檢測力，試樣表面留下四方錐形的壓痕。計算出壓痕凹印面積，維氏硬度是檢測力除以壓痕表面積所得的商。
壓頭——金剛石材質(zhì)，正四棱錐體，面角為136°
維氏硬度檢測時對于硬度均勻的材料可以任意選擇檢測力，其硬度值不變，這是維氏硬度檢測法最大的優(yōu)點。
選擇面角為136°的角錐體，是為了使維氏硬度和布氏硬度有相近的示值以便進行比較。
表示方法：HV前面的數(shù)值為硬度值，后面為試驗力值。標準的試驗保持時間為10 ~ 15s，超出范圍需要標注上保持時間。600HV30—表示采用30kgf的試驗力，保持10 ~ 15s得到的硬度值為600；600HV30/20—表示采用30kgf的試驗力，保持20s得到的硬度值為600。
適用范圍：按試驗力的大小，分為維氏硬度、小負荷維氏硬度、顯微維氏硬度。維氏硬度檢測：除特別小和薄試樣層的樣品外，測量范圍可覆蓋所有金屬。小負荷維氏硬度檢測：特別適宜于測量鋼表面強化層及化學(xué)熱處理表面層以及各種滲層、渡層等的表面硬度。顯微維氏硬度檢測：除用于產(chǎn)品的硬度檢驗外，在金屬學(xué)、金相學(xué)研究方面也是最常用的試驗方法之一。
優(yōu)點：適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量；測量精度高，可比性強；硬度值與試驗力大小無關(guān)。
缺點：測量操作較麻煩，測量效率低；不適于大批生產(chǎn)和測量組織不均勻材料。
維氏硬度試驗設(shè)備
2.5.8 顯微硬度
顯微硬度是指一般指加載小于0.2kgf的硬度試驗，分為顯微維氏硬度和顯微努氏硬度。
顯微硬度測定極小范圍內(nèi)的硬度，幾乎不損壞試樣，例如某個晶粒、組成相或夾雜物的硬度，顯微硬度可測陶瓷、玻璃、瑪瑙等脆性材料的硬度，且靈敏度高，適合評定細線材的加工硬化程度。
維氏壓頭壓痕（左）、努氏壓頭壓痕（右）
顯微硬度應(yīng)用
（1）金屬材料和金相的研究：廣泛用于測定金屬及合金中各組成相的硬度，剖析其對合金性能的供獻，為合金的正確設(shè)計提供依據(jù)。
（2）金屬表面層性能的研究：擴散層性能的研究，例如滲碳層，氮化層，金屬擴散層等；（表面加工硬化層性能的研究。如金屬表層受機械加工，熱加工的影響。
（3）晶粒內(nèi)部不均勻性的研究；
（4）極細薄金屬制成品硬度的測量。
2.5.9 肖氏硬度
原理：將規(guī)定形狀的金剛石沖頭從固定的高度h0落在試樣表面上，沖頭彈起一定高度h，用h與h0的比值計算肖氏硬度值（材料的硬度與回調(diào)高度成正比）。與前面三種靜態(tài)壓入法硬度不同，肖氏硬度是一種動態(tài)力試驗法。
肖氏硬度計及結(jié)構(gòu)圖
試樣要求：試樣的質(zhì)量應(yīng)至少在0.1kg以上，厚度一般應(yīng)在10mm以上；試樣的試驗面積應(yīng)盡可能大；表面應(yīng)無氧化皮及外來污物，不應(yīng)帶有磁性。
表示方法：HS前數(shù)字表示硬度數(shù)值，HS后表示硬度標尺類型。45HSC—表示C型硬度計測定的硬度值為45；45HSD—表示D型硬度計測定的硬度值為45。
優(yōu)點：操作簡單、效率高；試驗后幾乎不產(chǎn)生壓痕，可在成品件上試驗
缺點：測量精度低、重復(fù)性差，適合精度要求高的測試。
2.6 相關(guān)標準
來源：材易通
冀公網(wǎng)安備13050002001422號