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1、 .硬度知识一、硬度简介：硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度(HB)以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度(HR)当HB450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料
2、的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。3 维氏硬度(HV)以120kg以的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。#注：洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、
3、标尺C。 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至980.7N(合100kgf)；而标尺C使用与标尺A一样的球锥菱形作为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料，而标尺C适用较硬的材料。 实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强
4、度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。本站硬度对照表一文对钢的不同硬度值的换算给出了表格，请查阅。#二、硬度对照表：根据德国标准DIN50150,以下是常用围的钢材抗拉强度与维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的对照表。抗拉强度RmN/mm2维氏硬度HV 布氏硬度HB 洛氏硬度HRC 250 80 76.0 - 270 85 80.7 - 285 90 85.2 - 305 95 90.2 - 320 100 95.0 - 335 105 99.8 - 350 110 105 - 370 115 109 - 380 120 114 - 400 125 119 - 41
5、5 130 124 - 430 135 128 - 450 140 133 - 465 145 138 - 480 150 143 - 490 155 147 - 510 160 152 - 530 165 156 - 545 170 162 - 560 175 166 - 575 180 171 - 595 185 176 - 610 190 181 - 625 195 185 - 640 200 190 - 660 205 195 - 675 210 199 - 690 215 204 - 705 220 209 - 720 225 214 - 740 230 219 - 755 235
6、223 - 770 240 228 20.3 785 245 233 21.3 800 250 238 22.2 820 255 242 23.1 835 260 247 24.0 850 265 252 24.8 865 270 257 25.6 880 275 261 26.4 900 280 266 27.1 915 285 271 27.8 930 290 276 28.5 950 295 280 29.2 965 300 285 29.8 995 310 295 31.0 1030 320 304 32.2 1060 330 314 33.3 1095 340 323 34.4 11
7、25 350 333 35.5 1115 360 342 36.6 1190 370 352 37.7 1220 380 361 38.8 1255 390 371 39.8 1290 400 380 40.8 1320 410 390 41.8 1350 420 399 42.7 1385 430 409 43.6 1420 440 418 44.5 1455 450 428 45.3 1485 460 437 46.1 1520 470 447 46.9 1555 480 (456) 47.7 1595 490 (466) 48.4 1630 500 (475) 49.1 1665 510
8、 (485) 49.8 1700 520 (494) 50.5 1740 530 (504) 51.1 1775 540 (513) 51.7 1810 550 (523) 52.3 1845 560 (532) 53.0 1880 570 (542) 53.6 1920 580 (551) 54.1 1955 590 (561) 54.7 1995 600 (570) 55.2 2030 610 (580) 55.7 2070 620 (589) 56.3 2105 630 (599) 56.8 2145 640 (608) 57.3 2180 650 (618) 57.8 660 58.3
9、 670 58.8 680 59.2 690 59.7 700 60.1 720 61.0 740 61.8 760 62.5 780 63.3 800 64.0 820 64.7 840 65.3 860 65.9 880 66.4 900 67.0 920 67.5 940 68.0硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高
10、。下面是本站根据由实验得到的经验公式制作的快速计算器，有一定的实用价值，但在要求数据比较精确时，仍需要通过试验测得。三、硬度換算公式1.肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12 2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15 3.勃式硬度(BHN)= 洛克式硬度(HV) 4.洛式硬度(HRC)= 勃式硬度(BHN)/10-3 硬度測定範圍:HS100HB500HRC70HV1300洛氏硬度 布氏硬度HB10/3000 维氏硬度 HVHRCHRA59 580 767659 080 566658 580 265558 080 064557 579 763557 079 562556 579
11、 261556 078 960555 578 659655 078 453858754 578 153257854 077 952656953 576 652056053 076 351555152 576 150954352 076 950353551 576 649752751 076 349252050 576 148651250 075 8480504硬度換算表HVHRCHBSHVHRCHBSHVHRCHBS940685605330029.828492067.555052.350529529.22809006754051.749629028.527588066.453051.14882
12、8527.827086065.952050.548028027.126584065.351049.847327526.426182064.750049.146527025.62568006449048.445626524.825278063.348047.74482602424776062.547046.944125523.124374061.846046.143325022.22387206145045.342524521.323370060.144044.541524020.322869059.743043.64052301868059.242042.739722015.767058.84
13、1041.838821013.466058.340040.83792001165057.839039.83691908.564057.338038.8360180663056.837037.7350170362056.336036.6341160061055.735035.533160055.234034.432259054.733033.331358054.132032.230357053.631031294附录G 钢的硬度值换算（续）表1 钢的维氏硬度（HV）与其他硬度和强度的近似换算值a（续）维氏硬度布氏硬度10mm钢球3000kg负荷b洛氏硬度b表面洛氏硬度表面金刚石圆锥压头肖氏硬度抗
14、拉强度（近似值）Mpa(1000psi)维氏硬度标准钢球钨硬质合金钢球A. 标尺60-kg负荷金刚圆锥压头标尺100-kg负荷金刚圆锥压头标尺100-kg负荷金刚圆锥压头标尺100-kg负荷金刚圆锥压头15-N标尺15kg负荷30-N标尺30kg负荷45-N标尺45-kg负荷HVHBSHBWHRAHRBHRCHRDHR15NHR30NHR45NHSbHV12345678910111213370360350340330320310300295290285280275270265260255250245240230220210200190180170160150140130120110100959
15、085350341331322313303294284280275270265261256252247243238233228219209200190181171162152143133124114105959086813503413313223133032942842802752702652612562522472432382332282192092001901811711621521431331241141059590868169.268.768.167.667.066.465.865.265.864.564.263.863.563.162.762.462.061.661.260.7(10
16、9.0)(108.0)(107.0)(105.5)(104.5)(103.5)(102.0)(101.0)99.598.196.795.093.491.589.587.185.081.778.775.071.266.762.356.252.048.041.037.736.635.534.433.332.331.029.829.228.527.827.126.425.624.824.023.122.221.320.3(18.0)(15.7)(13.4)(11.0)(8.5)(6.0)(3.0)(0.0)53.652.851.951.150.249.448.447.547.146.546.045.
17、344.944.343.743.142.241.741.140.379.278.678.077.476.876.275.674.974.674.273.873.473.072.672.171.671.170.670.169.657.456.455.454.453.652.351.350.249.749.048.447.847.246.445.745.044.243.442.541.740.439.137.836.535.233.932.531.130.429.528.727.927.126.225.224.323.222.221.119.9504745424140383736343332302
18、9282625242221201170(170)1130(164)1095(159)1070(155)1035(150)1005(146)980(142)950(138)935(136)915(133)905(131)890(129)875(127)855(124)840(122)825(120)805(117)795(115)780(113)765(111)730(106)695(101)670(97)635(92)605(88)580(84)545(79)515(75)490(71)455(66)425(62)390(57)370360350340330320310300295290285
19、280275270265260255250245240230220210200190180170160150140130120110100959085a）在本表中用黑体字表示的值与按ASTME140表1的硬度转换值一致，由相应的SAEASMASTM联合会列出的。b）括号里的数值是超出围的，只是提供参考。利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度在生产现场，由于受检测仪器的限制，经常使用布氏硬度计测量大型淬火件的硬度。如果想知道该工件的洛氏硬度值，通常的方法是，先测量出布氏硬度值，然后根据换算表，查出相对应的洛氏硬度值，这种方式显然有些繁琐。那么，能否根据布氏硬度计的压痕直径，直接计算出工件的
20、洛氏硬度值呢？答案当然是肯定的。根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且容易记住的经验公式：HRC =（479-100D）/4，其中D为10mm钢球压头在30KN压力下压在工件上的压痕直径测量值。该公式计算出的值与换算值的误差在0.5 -1围，该公式在现场用起来十分方便，您不妨试一试。附录：金属工艺学 金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科. 主要容:1 常用金属材料性能 2 各种工艺方法本身的规律性与应用. 3 金属机件的加工工艺过程、结构工艺性。 热加工：金属材料、铸造、压力加工、焊接 目的、任务：使学生了解常用金属材料的性质与其加工工艺的基础知识，为学
21、习其它相关课程与以后从事机械设计和制造方面的工作奠定必要的金属工艺学的基础。 以综合为基础，通过综合形成能力 第一篇 金属材料 第一章 金属材料的主要性能 两大类：1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。 包括：机械性能、物理、化学性能 2 工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。 第一节 金属材料的机械性能 指力学性能-受外力作用反映出来的性能。 一 弹性和塑性： 1弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。 力和变形同时存在、同时消失。 如弹簧：弹簧靠弹性工作。 2 塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性
22、能。（金属之间的连续性没破坏） 塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。 塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。 3 拉伸图 金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。 以低碳钢为例 bkse（l） 将金属材料制成标准式样。 在材料试验机上对试件轴向施加静压力P，为消除试件尺寸对材料性能的影响，分别以应力（即单位面积上的拉力4P/d2）和应变（单位长度上的伸长量l/l0 ）来代替P和l，得到应力应变图 1）弹性阶段oe e弹性极限 2）屈服阶段：过e点至水平段右端 s塑性极限，s屈服点 过s点水平段说明载荷不增加，式样仍继续伸长。 （P一定
23、，=P/F一定，但真实应力P/F1 因为变形，F1） 发生永久变形 3）强化阶段：水平线右断至b点 P 变形 b强度极限，材料能承受的最大载荷时的应力。 4）局部变形阶段bk 过b点，试样某一局部围横向尺寸突然急剧缩小。 “缩颈” （试样横截面变小，拉力） 4 延伸率和断面收缩率：表示塑性大小的指针 1）延伸率： = l0式样原长，l1拉深后长 2）断面收缩率： F0原截面，F1拉断后截面 * 1） 、越大，材料塑性越好 2）与区别：拉伸图中 =弹+塑 ， =mas塑 3）一般5%为塑性材料，5%为脆性材料。 5 条件屈服极限0。2有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。通常规定产生0.2塑性变
24、形的应力作为屈服极限,称为条件屈服极限. 二 刚度 金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力 1 材料本质 弹性模量在弹性围,应力与应变的比值.其大小主要决定材料本身. 相当于单位元元变形所需要的应力. =, =/=tg 2几何尺寸形状受力 一样材料的E一样,但尺寸不同,则其刚度也不同.所以考虑材料刚度时要把E形状尺寸同时考虑.还要考虑受力情况. 三 强度 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力. 按作用力性质的不同,可分为: 抗拉强度 + 抗压强度- 抗弯强度w抗剪强度b 抗扭强度n 常用来表示金属材料强度的指标: 屈服强度: (Pa N/m2) Ps-产生屈服时最大外力, F0-原截
25、面 抗拉强度 (Pa N/m2) Pb-断裂前最大应力. s b在设计机械和选择评定材料时有重要意义.因金属材料不能在超过s的条件下工作,否则会塑变.超过b工作,机件会断裂. s-b之间塑性变形,压力加工 四 硬度 金属抵抗更硬的物体压入其的能力 是材料性能的综合物理量,表示金属材料在一个小的体积围的抵抗弹性变形塑性变形或断裂的能力. 1布式硬度 HB 用直径D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径d(用刻度放大镜测)则 HB=P/F (N/mm2) 单位一般不写. F-压痕面积. HBS压头用淬火钢球, HBW压头用硬质合金
26、球 l 因钢球存在变形问题,不能测太硬的材料,适于HBS107 不疲劳破坏 2 疲劳破坏原因 材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏. 3预防措施 改善结构形状,避免应力集中,表面强化-喷丸处理,表面淬火等. 第二节 金属材料的物理,化学与工艺性能 一 物理性能 比重: 计算毛坯重量,选材,如航天件 :轻 熔点:铸造 锻造温度(再结晶温度) 热膨胀性:铁轨 模锻的模具 量具 导热性: 铸造:金属型 锻造:加热速度 导电性: 电器元件 铜 铝 磁性:变压器和电机中的硅钢片 磨床: 工作台 二 化学性能 金属的化学性能,决定了不同金属与金属,金属
27、与非金属之间形成化合物的性能,使有些合金机械性能高,有些合金抗腐蚀性好,有的金属在高温下组织性能稳定. 如耐酸,耐碱等 如化工机械,高温工作零件等 三 工艺性能 金属材料能适应加工工艺要求的能力. 铸造性,可锻性,可焊性,切削加工形等 思考题; 1 什么是应力,应变(线应变)? 2 颈缩现象发生在拉伸图上哪一点? 如果没发生颈缩,是否表明该试样没有塑性变形? 3 0.2 的意义?能在拉伸图上画出吗? 4 将钟表发条拉成一直线,这是弹性变形还是塑性变形?如何判定变形性质? 5为什么冲击值不直接用于设计计算? 第二章 金属和合金的晶体结构与结晶 第一节 金属的晶体结构 一基本概念: 固体物质按原子
28、排列的特征分为: 晶体: 原子排列有序,规则,固定熔点,各项异性. 非晶体:原子排列无序,不规则,无固定熔点,各项同性 如: 金属 ,合金,金刚石晶体 玻璃,松香 沥青非晶体 晶格: 原子看成一个点,把这些点用线连成空间格子. 结点: 晶格中每个点. 晶胞: 晶格中最小单元,能代表整个晶格特征. 晶面: 各个方位的原子平面 晶格常数: 晶胞中各棱边的长度(与夹角), 以A(1A=10-8cm)度量 金属晶体结构的主要区别在于晶格类型,晶格常数. 二 常见晶格类型 1 体心立方晶格: Cr ,W, -Fe, Mo , V等,特点:强度大,塑性较好,原子数:1/8 X8 +1=2 20多种 2 面
29、心立方晶格: Cu Ag Au Ni Al Pb - Fe塑性好 原子数:4 20多种 4 密排六方晶格: Mg Zn Be -Cr -Ti Cd(镉) 纯铁在室温高压(130x108N/M2)成-Fe 原子数=1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30多种 三 多晶结构 单晶体- 晶体部的晶格方位完全一致. 多晶体许多晶粒组成的晶体结构.各项同性. 晶粒外形不规则而部晶各方位一致的小晶体. 晶界晶粒之间的界面. 第二节 金属的结晶 一 金属的结晶过程(初次结晶) 1 结晶: 金属从液体转变成晶体状态的过程. 晶核形成: 自发晶核:液体金属中一些原子自发聚集,规则排列. 外来晶核:液态金属
30、中一些外来高熔点固态微质点. 晶核长大:已晶核为中心,按一定几何形状不断排列. *晶粒大小控制: 晶核数目: 多细(晶核长得慢也细) 冷却速度: 快细(因冷却速度受限,故多加外来质点) 晶粒粗细对机械性能有很大影响,若晶粒需细化,则从上述两方面入手. 结晶过程用冷却曲线描述! 2 冷却曲线 温度随时间变化的曲线热分析法得到 1) 理论结晶温度 实际结晶温度 时间(s) T() 过冷: 液态金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶的现象. 2) 过冷度:理论结晶温度与实际结 晶温度之差. (实际冷却快,结晶在理论温度下) 二 金属的同素异购转变(二次结晶重结晶) 同素异构性一种金属能以几种晶格类型存在的性质. 同素异购转变金属在固体时改变其晶格类型的过程. 如:铁 锡 锰 钛 钴 以铁为例: -Fe(1394)-Fe(912)-Fe 体心 面心 体心 因为铁能同素异构转变,才有对钢铁的各种热处理. (晶格转变时,体积会变化,以原子排列不同) 第三节 合金的晶体结构 一 合金概念 合金: 由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的
