材料性能检测课件：4材料机械性能与检测（第一章）.ppt

1、 材料的机械性能材料的机械性能是指使用过程中受到外界是指使用过程中受到外界各种作用力（如压缩、拉伸力、弯曲力、剪切各种作用力（如压缩、拉伸力、弯曲力、剪切力、摩擦力和撞击力）的作用而使形状和体积力、摩擦力和撞击力）的作用而使形状和体积发生变化，甚至导致断裂的行为。包括：发生变化，甚至导致断裂的行为。包括：弹性变形、弹性变形、塑性变形、塑性变形、蠕变性、蠕变性、硬度、硬度、脆性断裂与耐磨性。脆性断裂与耐磨性。第三章第三章 材料的机械性能与检测材料的机械性能与检测 3.1 材料的变形及力学性能材料的变形及力学性能 一材料的变形一材料的变形 二材料的强化二材料的强化 三材料力学试验及测试原理三材料力

2、学试验及测试原理 3.2 材料的硬度及检测材料的硬度及检测 3.3 材料的断裂、磨损及评定方法材料的断裂、磨损及评定方法一材料变形一材料变形 3 31 1 材料的变形与力学性能材料的变形与力学性能应力（应力（）：作用于被测试样单位面积上产生形变的力。应力是作用负载作用于被测试样单位面积上产生形变的力。应力是作用负载 与起始横截面积之比。单位：与起始横截面积之比。单位：Ncm2应变（应变（）：伸长度与试样的计量长度之比，简而言之就是单位原始长度伸长度与试样的计量长度之比，简而言之就是单位原始长度 试样的长度变化。无量纲。试样的长度变化。无量纲。伸长率伸长率 （ ）：）：拉伸负载所引起试样长度的增

3、加拉伸负载所引起试样长度的增加。屈服点屈服点：应力应力应变曲线上的应力不再增加的点。应变曲线上的应力不再增加的点。屈服强度屈服强度：应力应力应变偏离比例关系时材料所承受的应变偏离比例关系时材料所承受的极限应力极限应力。即屈服点。即屈服点对应的应力。对应的应力。比例极限比例极限：一种材料能够承受所施加的负载而不使应力一种材料能够承受所施加的负载而不使应力应变关系发生任应变关系发生任何何偏离偏离虎克定律时的最大应力。单位：虎克定律时的最大应力。单位：Ncm2弹性模量（弹性模量（E）：在材料的比例极限以下，应力与相对应的应变之比，通常在材料的比例极限以下，应力与相对应的应变之比，通常用用FA表示，单

4、位：表示，单位：Ncm2。也称。也称杨氏模量杨氏模量：表征材料刚度的量。：表征材料刚度的量。极限强度极限强度：当材料受到压缩、拉伸或剪切作用时所能承受的最大的单位应当材料受到压缩、拉伸或剪切作用时所能承受的最大的单位应力。单位：力。单位： Ncm2表示。表示。正割模量正割模量：在应力在应力应变曲线上任何一点的应力与应变之比。应变曲线上任何一点的应力与应变之比。 单位：单位： Ncm2表示。表示。参考：关振铎参考：关振铎P3可以看出：可以看出：陶瓷陶瓷只有弹性变形只有弹性变形阶段且弹性变形量阶段且弹性变形量很小，即只有应力很小，即只有应力应变间呈直线关应变间呈直线关系段；系段；橡皮橡皮的弹性变形

5、所的弹性变形所需载荷很小，弹性需载荷很小，弹性变形量很大；变形量很大；低碳钢低碳钢弹性变形量弹性变形量小，塑性变形量较小，塑性变形量较大。大。 （一）（一） 弹性变形弹性变形：外力除去后就能恢复原状的变形。外力除去后就能恢复原状的变形。 胡克定律胡克定律E， E 弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量: 可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。 多数无机非

6、金属材料多数无机非金属材料弹性变形后，没有塑性形变（或塑性形弹性变形后，没有塑性形变（或塑性形很小），接着就是断裂，总弹性应变能非常小。很小），接着就是断裂，总弹性应变能非常小。弹性变形的本质弹性变形的本质：从微观上讲，材料弹性变形是外力作用所从微观上讲，材料弹性变形是外力作用所引起的引起的原子间距离发生可逆变化的结果原子间距离发生可逆变化的结果。因此，材料对弹性。因此，材料对弹性变形的抗力取于变形的抗力取于原子间作用力的大小原子间作用力的大小，即与，即与原子间结合键类原子间结合键类型、原子大小、原子间距离有关。型、原子大小、原子间距离有关。共价键和离子键结合的晶共价键和离子键结合的晶体，结合

7、力强，体，结合力强，E都较大；分子键结合力弱，这样结合的物体都较大；分子键结合力弱，这样结合的物体E较低。较低。 高分子材料在玻璃化温度以上处于高弹性态，弹高分子材料在玻璃化温度以上处于高弹性态，弹性变形最高可达性变形最高可达1000%，一般金属材料的弹性变形不，一般金属材料的弹性变形不超过超过1%。普弹形变：普弹形变：变形小于变形小于5%,应力与应变符合胡克定律，变应力与应变符合胡克定律，变形由分子链内部键长和键角发生变化产生。形由分子链内部键长和键角发生变化产生。高分子的高弹性高分子的高弹性高弹变形：高弹变形：分子链在外力作用下，原先卷曲的链沿受力分子链在外力作用下，原先卷曲的链沿受力方向

8、逐渐伸展产生的，伸展长度与应力不成线性关系。方向逐渐伸展产生的，伸展长度与应力不成线性关系。分子链的质量中心并未产生移动，因为无规则缠结在一分子链的质量中心并未产生移动，因为无规则缠结在一起的大量分子链之间有许多结合点（分子间的作用和交起的大量分子链之间有许多结合点（分子间的作用和交联点）。当外力去除后，由于分子链之间力的作用，分联点）。当外力去除后，由于分子链之间力的作用，分子链又回复至卷曲状态，宏观变形消失。子链又回复至卷曲状态，宏观变形消失。 此结构调整，回复需要一定时间，故高弹变形行为此结构调整，回复需要一定时间，故高弹变形行为与时间有显著的关系，需用变形速率表示变形的能力。与时间有显

9、著的关系，需用变形速率表示变形的能力。 高分子的高弹态是在高分子的高弹态是在玻璃化温度玻璃化温度Tg以上以上存在的：存在的：橡胶橡胶Tg室温，故橡胶在室温下具有极高的弹性。室温，故橡胶在室温下具有极高的弹性。某些高分子某些高分子在室温下处于玻璃态，在外力作用下发生在室温下处于玻璃态，在外力作用下发生的很大变形。当外力撤除后并不能回复到原来的状态，的很大变形。当外力撤除后并不能回复到原来的状态，只有加热到玻璃化温度附近才能回复。因此从机理上只有加热到玻璃化温度附近才能回复。因此从机理上来说，发生的是高弹变形，而不是粘流变形，将这种来说，发生的是高弹变形，而不是粘流变形，将这种变形称为变形称为“强

10、迫高弹形变强迫高弹形变”。故讨论高分子的弹性变形必须考虑温度的影响故讨论高分子的弹性变形必须考虑温度的影响。弹性模量弹性模量弹性模量是材料最稳定的力学性能参数，对成弹性模量是材料最稳定的力学性能参数，对成分和组织的变化不敏感。分和组织的变化不敏感。 弹性模量表明了材料对弹性变形的抗力，代表弹性模量表明了材料对弹性变形的抗力，代表了材料的刚度。了材料的刚度。 材料弹性模量越大，材料的弹性变形越难进行，材料弹性模量越大，材料的弹性变形越难进行，在相同应力作用下，弹性变形量也越小。在相同应力作用下，弹性变形量也越小。材料材料E（GPa）材料材料E（GPa） 钨钨411.0金刚石金刚石965铬铬279

11、.1碳化钨碳化钨534.4铁铁211.4碳化硅碳化硅 470 镍镍199.5氧化铝氧化铝 415 铜铜129.8 铅玻璃铅玻璃80.1钛钛115.7水晶水晶 73.1 铌铌104.9 聚苯乙烯聚苯乙烯2.74.2 银银82.7 有机玻璃有机玻璃2.43.4金金78.0尼龙尼龙661.22.9铝铝70.3聚乙烯聚乙烯0.41.3镉镉49.9 橡胶橡胶0.020.8镁镁44.7 气体气体 0.01材料弹性模量材料弹性模量材料材料E（GPa）材料材料E（GPa）密实密实SiC（气孔率（气孔率5%）470烧结烧结MgO（气孔率（气孔率5%）210烧结烧结MgSi2（气孔率（气孔率5%）407镁质耐火砖

12、镁质耐火砖170烧结氧化铝（气孔率烧结氧化铝（气孔率5%）366烧结稳定烧结稳定ZrO2（气孔率（气孔率5%）150高铝瓷（高铝瓷（90-95%Al2O3）366热压热压BN（气孔率（气孔率5%）83烧结氧化铍（气孔率烧结氧化铍（气孔率5%）310SiO2玻璃玻璃72烧结烧结TiC（气孔率（气孔率5%）310莫来石瓷莫来石瓷69热压热压B4C （气孔率（气孔率5%）290滑石瓷滑石瓷69烧结烧结Mg Al2O4 （气孔率（气孔率5%）238石墨（气孔率石墨（气孔率20%）9无机材料弹性模量无机材料弹性模量（二）二） 塑性形变塑性形变：外力除去后不能恢复的变形。外力除去后不能恢复的变形。 塑性变

13、形中，随材料的不同，应力与应变之间塑性变形中，随材料的不同，应力与应变之间的关系相当分散，据经验固体的塑性变形行为：的关系相当分散，据经验固体的塑性变形行为： =K()n 、 真实应力、应变；真实应力、应变； K强度系数；强度系数；n形变强化系数：形变强化系数：n=1理想弹性体；理想弹性体；n=0材料没有形变强化能力材料没有形变强化能力金属材料金属材料n=0.10.5； 塑性变形中应变受速率、温度影响，与塑性变塑性变形中应变受速率、温度影响，与塑性变形的微观机理有关，形的微观机理有关，据经验描述速率敏感性：据经验描述速率敏感性： =K()m 真实应变速率；真实应变速率；m应变速率敏感指数；应变

14、速率敏感指数；K常数常数,单位应变速率材料流动应力单位应变速率材料流动应力m=1粘性固体；粘性固体；m值越大，拉伸时抗缩颈的能力强；值越大，拉伸时抗缩颈的能力强；m=0材料没有应变速率敏感性材料没有应变速率敏感性塑性变形机理：塑性变形机理：由晶体滑移和孪生晶引起的。由晶体滑移和孪生晶引起的。 晶体受力时，晶体的一部分（主要晶面）对另一晶体受力时，晶体的一部分（主要晶面）对另一部分发生平移滑动（滑移）。部分发生平移滑动（滑移）。滑移面：滑移面：原子最密排晶面。原子最密排晶面。滑移方向：滑移方向：原子最密排方向原子最密排方向。滑移面和滑移方向组成滑移面和滑移方向组成滑移系统滑移系统，滑移系统多，材

15、料，滑移系统多，材料塑性好。塑性好。 金属材料：金属材料：金属键金属键没有方向性，滑移系统很多，如体没有方向性，滑移系统很多，如体心立方金属（心立方金属（Fe、Cu等）滑移系统有等）滑移系统有48之多。之多。无机非金属材料无机非金属材料：离子键和共价键离子键和共价键构成，有明显的方构成，有明显的方向性，只有个别滑移系统才能满足条件。向性，只有个别滑移系统才能满足条件。晶体结构越晶体结构越复杂，滑移系统越少复杂，滑移系统越少。因此只有为数不多的无机非金。因此只有为数不多的无机非金属材料晶体在常温下具有延性。如属材料晶体在常温下具有延性。如AgCl、KCl、MgO、KBr、LiF。 塑性研究意义：

16、塑性研究意义：材料承受载荷的能力是强度，但塑材料承受载荷的能力是强度，但塑性指标的评价也很重要。若是性指标的评价也很重要。若是强度高、塑性低强度高、塑性低，材，材料在最终料在最终断裂前无任何征兆断裂前无任何征兆出现的现象很危险：出现的现象很危险： 通常通常强度高强度高的材料的材料塑性低塑性低，塑性高塑性高的材料的材料强度低强度低。 真正好的材料应该是真正好的材料应该是强度和塑性都高强度和塑性都高，也就是，也就是-曲曲线下所包围的面积应该大线下所包围的面积应该大。面积反映了材料发生断。面积反映了材料发生断裂时外界做功的大小，这个量称之为裂时外界做功的大小，这个量称之为韧性韧性。与韧性与韧性相对的

17、是相对的是脆性脆性，实际表现是材料在很低的应力下，实际表现是材料在很低的应力下（常常低于屈服应力）发生突然的断裂。（常常低于屈服应力）发生突然的断裂。（三）（三） 材料的材料的蠕变蠕变蠕变：蠕变：载荷作用下，形变随载荷作用时间的增加而增加的现象。载荷作用下，形变随载荷作用时间的增加而增加的现象。主要为：非晶态高分子和非晶合金材料主要为：非晶态高分子和非晶合金材料 oa主要是发生弹性、塑性变形；主要是发生弹性、塑性变形；ab过渡蠕变段过渡蠕变段，蠕变速率（，蠕变速率（/t ）随时间的增加而减小。）随时间的增加而减小。到到b b点达最小值。点达最小值。bc稳态蠕变段稳态蠕变段，即（，即（/t ）常

18、数，形变硬化与高温产生常数，形变硬化与高温产生的软化过程平衡。的软化过程平衡。 cd加速蠕变段加速蠕变段，随时间延长，随时间延长，蠕变速率逐渐增大，至蠕变速率逐渐增大，至d点产生点产生蠕变断裂。愈来愈大的塑性变蠕变断裂。愈来愈大的塑性变形便在晶界形成形便在晶界形成微孔和裂纹，微孔和裂纹，试件也开始产生缩颈，试件也开始产生缩颈，试件实际受力面积减小而真实应力加大，因此在塑性变形速率试件实际受力面积减小而真实应力加大，因此在塑性变形速率加快，随后试样断裂。加快，随后试样断裂。 T-常数常数 -常数常数二材料的强化二材料的强化 材料克服脆性、改善韧性、提高强度材料克服脆性、改善韧性、提高强度的方法目

19、前主要是的方法目前主要是增韧增韧和和控制材料中的微裂纹控制材料中的微裂纹。具体有如下方法：。具体有如下方法： （一）微晶、高密度与高纯度（一）微晶、高密度与高纯度 为了消除缺陷，提高晶体的完整性，为了消除缺陷，提高晶体的完整性，细、密、匀、纯细、密、匀、纯是当前是当前陶瓷发展的一个重要方面。近年来出现了许多微晶、高密度、陶瓷发展的一个重要方面。近年来出现了许多微晶、高密度、高纯度陶瓷，如热压工艺制的高纯度陶瓷，如热压工艺制的Si3N4陶瓷，密度接近理论值，几陶瓷，密度接近理论值，几乎无气孔。另外，乎无气孔。另外，块体材料制成细纤维块体材料制成细纤维（强度提高一个数量级）（强度提高一个数量级）或

20、或晶须晶须（强度提高两个数量级，接近理论强度）也能提高强度。（强度提高两个数量级，接近理论强度）也能提高强度。 几种无机材料的块体纤维晶须的抗拉强度比较几种无机材料的块体纤维晶须的抗拉强度比较材材 料料抗拉强度（抗拉强度（Gpa）块块 体体纤纤 维维晶晶 须须Al2O30.282.121BeO0.1413.3 ZrO2 0.142.1 Si3N40.120.1414填料对尼龙填料对尼龙66复合材料性能的影响复合材料性能的影响（二）提高抗裂能力与预加应力（二）提高抗裂能力与预加应力热韧化热韧化 人为地预加应力，在材料表面造成一层压应力层，可人为地预加应力，在材料表面造成一层压应力层，可以提高材料

21、的抗拉强度。以提高材料的抗拉强度。脆性断裂通常是在脆性断裂通常是在拉应力作用下拉应力作用下，自表面开始断裂的。自表面开始断裂的。如果在表面造成一层残余压应力层，如果在表面造成一层残余压应力层，则在材料使用过程中，表面受到拉伸破坏之前首先要克服则在材料使用过程中，表面受到拉伸破坏之前首先要克服表面上残余压应力。表面上残余压应力。 热韧化：通常加热、冷却，在表面层中人为地引入残热韧化：通常加热、冷却，在表面层中人为地引入残余压应力过程，称为热韧化。余压应力过程，称为热韧化。如制造安全玻璃（铜化玻璃：如制造安全玻璃（铜化玻璃：门窗、眼镜用玻璃）。方法为：门窗、眼镜用玻璃）。方法为： 将玻璃加热到转变

22、温度以上、熔点以下，然后淬冷，将玻璃加热到转变温度以上、熔点以下，然后淬冷，这样表面立即冷却变成刚性的，而内部仍处于熔融状态。这样表面立即冷却变成刚性的，而内部仍处于熔融状态。因内部的软化状态不会破坏，在继续冷却中，内部将比表因内部的软化状态不会破坏，在继续冷却中，内部将比表面以更大的速率收缩，使表面受压、内部受拉，结果在表面以更大的速率收缩，使表面受压、内部受拉，结果在表面形成残留应力。面形成残留应力。 这种热韧技术近年来也用于其他这种热韧技术近年来也用于其他结构陶瓷材料结构陶瓷材料。如将。如将Al2O3在在17000C下于硅油中淬冷下于硅油中淬冷，强度提高。，强度提高。淬冷不仅在表淬冷不仅

23、在表面造成压应力，而且还可使晶粒细化面造成压应力，而且还可使晶粒细化。利用表面层与内部。利用表面层与内部的热膨胀系数不同，也可达到预加应力的效果。的热膨胀系数不同，也可达到预加应力的效果。（三）化学强化（三）化学强化 若要求表面残余应力更高，热韧化方法难以实现若要求表面残余应力更高，热韧化方法难以实现，采用，采用化学强化（离子交换）化学强化（离子交换）的办法。这种技术是改变材料表面化的办法。这种技术是改变材料表面化学的组成，使表面的学的组成，使表面的摩尔体积比内部的大摩尔体积比内部的大（通常用大离子置（通常用大离子置换小离子实现）。换小离子实现）。表面体积膨大受到内部材料的限制，就产表面体积膨

24、大受到内部材料的限制，就产生两相状态的压应力生两相状态的压应力。（四）相变增韧（四）相变增韧 利用多晶多相陶瓷中某些成分在不同温度的相变，从而利用多晶多相陶瓷中某些成分在不同温度的相变，从而达到增韧的效果。如用达到增韧的效果。如用ZrO2能够增韧莫来石陶瓷、尖晶陶瓷能够增韧莫来石陶瓷、尖晶陶瓷等。等。 ZrO2存在三种晶型，立方、四方、单斜。存在三种晶型，立方、四方、单斜。 其中四方相向单斜相的相变伴随有较大的体积变化其中四方相向单斜相的相变伴随有较大的体积变化7，这种相变体积变化是相变增韧的基础。，这种相变体积变化是相变增韧的基础。（五）弥散增韧（五）弥散增韧 在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的

25、微细材料，达到增韧在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细材料，达到增韧的效果。微细粉体既可以是的效果。微细粉体既可以是金属粉末金属粉末（加入陶瓷基体之后，（加入陶瓷基体之后，以其塑性变形，来吸收弹性应变能的释放量，从而增加断裂以其塑性变形，来吸收弹性应变能的释放量，从而增加断裂的表面能，改善了韧性），的表面能，改善了韧性），也可以是也可以是非金属颗粒非金属颗粒（在与基体（在与基体生料颗粒均匀混合之后，在烧结或热压时，多半存在于晶界生料颗粒均匀混合之后，在烧结或热压时，多半存在于晶界相中相中,以高强度增加了整体的断裂表面能，特别是高温断裂以高强度增加了整体的断裂表面能，特别是高温断裂韧性）。韧性）。

26、（六）纤维增韧（六）纤维增韧 在陶瓷中加入高弹性模量的纤维，纤维均布于陶瓷基体在陶瓷中加入高弹性模量的纤维，纤维均布于陶瓷基体中，达到增韧的目的为纤维增韧。中，达到增韧的目的为纤维增韧。纤维增韧的机理在于：纤维增韧的机理在于：陶陶瓷受力时，由于纤维的强度及弹性模量高，大部分应力由纤瓷受力时，由于纤维的强度及弹性模量高，大部分应力由纤维承受，减轻了陶瓷的负担；而且纤维还可以阻止裂纹扩展，维承受，减轻了陶瓷的负担；而且纤维还可以阻止裂纹扩展，起到增韧的作用。起到增韧的作用。（七）层状化结构（七）层状化结构 将陶瓷材料层状化，增加裂纹扩展时的阻力，也能达到增强、增韧的效果。从下图可看出层状结构使得裂

27、纹发生了偏转。Al2O3/SiC层状结构陶瓷 （八）纳米陶瓷（八）纳米陶瓷 制备出纳米级晶粒尺寸的陶瓷材料也使得陶瓷材料的性能得到改善，目前已有纳米Al2O3、ZrO2、TiO2、Si3N4、SiC等陶瓷粉料和陶瓷制品。纳米陶瓷根据结构的不同，有不同的效果。一种是全纳米陶瓷，组成材料的晶粒全部是纳米级的晶粒，另一种是晶内型纳米结构陶瓷 全纳米结构 晶内型结构 全纳米结构 晶内型结构 一硬度的定义一硬度的定义硬度：硬度：材料抵抗另一物体压入的能力，材料抵抗另一物体压入的能力，用局部用局部变形特征变化表示。其能敏感反映出材料化学变形特征变化表示。其能敏感反映出材料化学成分，组织结构的差异，与强度之

28、间有对应关成分，组织结构的差异，与强度之间有对应关系，是一个综合力学性能指标；系，是一个综合力学性能指标；硬度大小硬度大小大致可判断材料的大致可判断材料的脆性、耐磨性脆性、耐磨性等实等实用性能用性能检测设备简单检测设备简单，操作迅速方便，是广泛应用的，操作迅速方便，是广泛应用的力学性试验方法。力学性试验方法。3-23-2 材料的硬度及检测材料的硬度及检测 远古时代，利用固体互相刻划来区分材料的软远古时代，利用固体互相刻划来区分材料的软硬，据此来选用材料。硬，据此来选用材料。 半定量测定方法：半定量测定方法：如如摩氏硬度、铅笔硬度、标摩氏硬度、铅笔硬度、标准锉刀准锉刀等，等，表征了表征了材料表面

29、对切断破坏方式的材料表面对切断破坏方式的抗力。抗力。 定量测定硬度方法：定量测定硬度方法： 压入法压入法：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度，：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度，表表征了征了材料表面抵抗外物压人时引起材料表面抵抗外物压人时引起塑性变形塑性变形的的能力；能力； 回跳法：回跳法：肖氏硬度和里氏硬度，肖氏硬度和里氏硬度，表征了表征了材料材料弹弹性变形功性变形功的大小。的大小。二硬度的测试方法二硬度的测试方法( (一）摩氏硬度一）摩氏硬度 摩氏硬度由奥地利矿物学家创立，确定摩氏硬度由奥地利矿物学家创立，确定1010个矿物间个矿物间相对硬度的标准。相对硬度的标准。硬度硬度材料材料硬度高低硬度高低硬

30、度硬度材料材料硬度高低硬度高低12345678910滑石滑石石膏石膏方解石方解石萤石萤石磷灰石磷灰石正长石正长石石英石英黄玉黄玉刚玉刚玉金刚石金刚石极软极软极硬极硬123456789101112131415滑石滑石石膏石膏方解石方解石萤石萤石磷灰石磷灰石正长石正长石SiO玻璃玻璃石英石英黄玉黄玉石榴石石榴石熔融氧化锆熔融氧化锆 刚玉刚玉碳化硅碳化硅碳化硼碳化硼金刚石金刚石极软极软极硬极硬日常物品：日常物品：如指甲为如指甲为2.5，铜币为，铜币为3.5，铁钉为，铁钉为4.5，玻璃，玻璃为为5.5，锯片和美工刀为，锯片和美工刀为6.5。碳化硅、碳化硼等硬度大。碳化硅、碳化硼等硬度大于于9。摩氏硬度

31、的数字之间没有比例上的关系摩氏硬度的数字之间没有比例上的关系，如石英，如石英的硬度为的硬度为7，并不表示其硬度为滑石的，并不表示其硬度为滑石的7倍。倍。铅笔硬度：铅笔硬度：利用标准铅笔的硬度，对所测试产品的表利用标准铅笔的硬度，对所测试产品的表面进行刮伤测试，来判别产品表面的硬度。这种方法面进行刮伤测试，来判别产品表面的硬度。这种方法适用于检测适用于检测油漆表面油漆表面的硬度，铅笔检测角度的硬度，铅笔检测角度45，铅，铅笔规格：笔规格：6B -9H。（二）（二） 布氏硬度布氏硬度 用一定的压力将用一定的压力将淬火钢球淬火钢球(10mm)或或硬质合金球硬质合金球压头压入试压头压入试样表面，保持规

32、定的时间样表面，保持规定的时间(10-60s)后卸除压力，试件表面留下压后卸除压力，试件表面留下压痕，单位压痕表面积上所承受的平均压力为痕，单位压痕表面积上所承受的平均压力为布氏硬度值布氏硬度值。HBP压痕是在两个相互垂直方向上测量的平均值。压痕是在两个相互垂直方向上测量的平均值。 布氏硬度法主要用来测定布氏硬度法主要用来测定高分子、金属材料高分子、金属材料中较软中较软及及中等中等硬硬度的材料，很少用于陶瓷。度的材料，很少用于陶瓷。式中：式中：P负荷负荷(kgf)D钢球直径钢球直径(mm)d压痕直径压痕直径(mm)布氏硬度仪布氏硬度仪P优：优：布氏硬度测定采用大直径的压头和压力，布氏硬度测定采

33、用大直径的压头和压力，压压痕面积大，能反映出较大范围内材料各组成相的痕面积大，能反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能，而不受个别相和微区不均匀性的综合平均性能，而不受个别相和微区不均匀性的影响影响，因此布氏硬度测定值的，因此布氏硬度测定值的分散性小分散性小，重复性重复性好，好，特别适合测定特别适合测定灰铸铁和轴承合金灰铸铁和轴承合金这样的具有这样的具有粗大晶粒或粗大组成相的材料硬度。粗大晶粒或粗大组成相的材料硬度。劣：劣：压痕大，不宜进行压痕大，不宜进行无损测定无损测定， 不能测定不能测定薄壁件或表面硬化层薄壁件或表面硬化层的硬度的硬度 压痕直径测定压痕直径测定时间长、效率低时间长、效率

34、低。（三）（三） 洛氏洛氏硬度硬度 直接测量压痕深度，并以压痕深浅表示材料的硬直接测量压痕深度，并以压痕深浅表示材料的硬度。度。金刚石圆锥体金刚石圆锥体钢球钢球1.588mm120洛氏硬度标尺：洛氏硬度标尺：不同压头并施加不同的压力组成不同压头并施加不同的压力组成A、B和和C标尺，标尺，记为记为HRA：金刚石压头，主载荷为金刚石压头，主载荷为490.3N HRB：钢球压头，主载荷为钢球压头，主载荷为882.6N HRC：金刚石压头，主载荷为金刚石压头，主载荷为1373.0N 预载荷：预载荷：98.1N优：优：测定简便迅速，效率高；测定简便迅速，效率高； 对试样表面损伤小，可用于成品的检验；对试

35、样表面损伤小，可用于成品的检验； 测定可根据材料的软硬选用金刚石或钢球作压头，并施加测定可根据材料的软硬选用金刚石或钢球作压头，并施加 不同的主载荷，可用于测定各种不同材料的硬度。不同的主载荷，可用于测定各种不同材料的硬度。劣：劣：压痕小，洛氏硬度对材料的组织不均匀性很敏感，测试结果压痕小，洛氏硬度对材料的组织不均匀性很敏感，测试结果 比较分散，重复性差，不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较。比较分散，重复性差，不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较。（四）（四） 维氏硬度维氏硬度及努氏硬度及努氏硬度 金刚石金刚石棱锥体、长菱形压头，棱锥体、长菱形压头，维氏维氏适用于表面硬化层和薄膜适用于表面硬化层和薄

36、膜材料材料。努氏努氏适用于极薄层或极薄零件，丝、带等细长件以及硬而适用于极薄层或极薄零件，丝、带等细长件以及硬而脆的材料（如陶瓷、宝石等）的硬度，测量精度高。脆的材料（如陶瓷、宝石等）的硬度，测量精度高。PPPP显微硬度（五）显微硬度（五）显微硬度硬度试验法均无法满足要求。另其也不适合测定陶瓷等脆硬度试验法均无法满足要求。另其也不适合测定陶瓷等脆性材料的硬度，因为陶瓷材料在大的测定载荷作用下容易性材料的硬度，因为陶瓷材料在大的测定载荷作用下容易破裂。破裂。显微硬度试验：显微硬度试验：载荷小于载荷小于9. 807 N ( 1. 0 kgf )的硬度试验。的硬度试验。显微维氏硬度：显微维氏硬度：3

37、40HV0. 1 显微努氏硬度：显微努氏硬度：640HK0. 05 测定微小部件或极测定微小部件或极小区域内的物质，例如小区域内的物质，例如晶粒、组成相晶粒、组成相或或夹杂物夹杂物的硬度，或研究的硬度，或研究扩散层扩散层组织、偏析相、硬化层组织、偏析相、硬化层深度深度时，布氏、洛氏时，布氏、洛氏实验演示实验：实验： 材料显微硬度的测定材料显微硬度的测定三影响硬度的因素三影响硬度的因素1矿物、晶体和陶瓷材料的组成和结构矿物、晶体和陶瓷材料的组成和结构 一般离子半径越小，离子电价越高，配位数越小，一般离子半径越小，离子电价越高，配位数越小，结合能就越大，抵抗外力摩擦、刻划和压入的能力也结合能就越大，抵抗外力摩擦、刻划和压入的能力也就越强，所以硬就越强，所以硬 度就越大；度就越大；2材料的裂纹和杂质材料的裂纹和杂质 裂纹和杂质的存在，会降低硬度；裂纹和杂质的存在，会降低硬度；3测试测试压力压力、温度温度、压入速度压入速度和和试验时间试验时间。 如温度高，硬度将下降。如温度高，硬度将下降。