第四章-材料的硬度及其尺度效应课件.ppt

1、2022-4-1612022-4-162 4.1 材料的硬度概论材料的硬度概论 4.2 宏观硬度宏观硬度 4.5 显微硬度显微硬度 4.6 纳米硬度纳米硬度4.5 材料的尺度效应及其对硬度的影响材料的尺度效应及其对硬度的影响本章内容本章内容静态压入硬度：布氏，洛氏、维氏静态压入硬度：布氏，洛氏、维氏动态压入硬度：肖氏，动态布氏动态压入硬度：肖氏，动态布氏划痕硬度：努氏划痕硬度：努氏2022-4-163材料材料硬度硬度的定义的定义小孩用鸡蛋去碰铁盆的结果小孩用鸡蛋去碰铁盆的结果鸡蛋破了，铁盆无鸡蛋破了，铁盆无明显变化明显变化显然，铁盆比鸡蛋硬显然，铁盆比鸡蛋硬结论：铁盆的硬度比鸡蛋的硬度大结论：

2、铁盆的硬度比鸡蛋的硬度大2022-4-164材料材料硬度硬度的定义的定义结论：铁的硬度比铜的硬度要大结论：铁的硬度比铜的硬度要大将同样的力捶在铜将同样的力捶在铜片和铁片上片和铁片上凹痕凹痕无明显变化无明显变化2022-4-165材料材料硬度硬度的定义的定义硬度是表示材料软硬程度的力学性能指标！硬度是表示材料软硬程度的力学性能指标！硬度的定义？硬度的定义？作用形式：某一物体抵抗另一物体产生变形能力的度量。作用形式：某一物体抵抗另一物体产生变形能力的度量。 变形形式：抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力变形形式：抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力”或或“材料抵抗残余变形和破坏的能力材料抵抗残余变形和

3、破坏的能力” 2022-4-166硬度很容易被人理解，但是硬度却没有硬度很容易被人理解，但是硬度却没有严格的定义，为什么？严格的定义，为什么？材料材料硬度硬度的定义的定义科学家们在思考，我们也应该思考科学家们在思考，我们也应该思考2022-4-167测量硬度的基本知识：测量硬度的基本知识：在测量固体材料硬度时，总是将一定形状和尺寸的较硬物在测量固体材料硬度时，总是将一定形状和尺寸的较硬物体即压头以一定的压力接触被测材料表面体即压头以一定的压力接触被测材料表面 ，然后测量材料，然后测量材料的变形来反映材料的硬度。的变形来反映材料的硬度。这一试验过程中，哪些因素会影响材料的硬度呢这一试验过程中，哪

4、些因素会影响材料的硬度呢材料材料硬度硬度的特点的特点2022-4-168材料材料硬度硬度的特点的特点影响因素之一：影响因素之一：材料本身的特性，如杨氏模量、屈服强度、抗拉强度材料本身的特性，如杨氏模量、屈服强度、抗拉强度显然，材料本身是影响其硬度的关键因素显然，材料本身是影响其硬度的关键因素硬硬 度度2022-4-169材料材料硬度硬度的特点的特点影响因素之二：影响因素之二：测量本身的仪器条件：测量方法、压头类型、压力大小等测量本身的仪器条件：测量方法、压头类型、压力大小等大人和小孩分别坐在同一张沙发上，此时坐姿不同，重量不同，大人和小孩分别坐在同一张沙发上，此时坐姿不同，重量不同，体积不同，

5、沙发的变形量并不一定真实的反映了沙发的硬度体积不同，沙发的变形量并不一定真实的反映了沙发的硬度试验条件不同，试验条件不同，硬度不同硬度不同2022-4-1610材料材料硬度硬度的特点的特点影响因素之三：影响因素之三：测量方法不同，硬度的物理意义不同测量方法不同，硬度的物理意义不同不仅取决于材料的成分和显微组织，还取决于测量的方法不仅取决于材料的成分和显微组织，还取决于测量的方法和条件。和条件。硬度不是一个物理常数硬度不是一个物理常数 是材料弹性、塑性、塑性形变强化率、强度、韧性以及抗是材料弹性、塑性、塑性形变强化率、强度、韧性以及抗摩擦性能等一系列不同物理量的摩擦性能等一系列不同物理量的综合性

6、能指标综合性能指标。硬度不是硬度不是材料独立的力学性能材料独立的力学性能2022-4-1611材料的材料的硬度硬度试验试验按照载荷作用的方式：按照载荷作用的方式：静态压痕硬度；静态压痕硬度；动态压痕硬度；动态压痕硬度；划痕硬度。划痕硬度。2022-4-1612材料的材料的硬度硬度试验试验静态压痕硬度静态压痕硬度通过球体、金刚石锥体或其通过球体、金刚石锥体或其它锥体将载荷施加在被测材它锥体将载荷施加在被测材料上，使材料产生压痕，再料上，使材料产生压痕，再根据施加载荷与所产生压痕根据施加载荷与所产生压痕面积或深度之间的关系，给面积或深度之间的关系，给出其硬度值出其硬度值 静态压痕硬度反映了材料抵抗

7、塑性变形的能力。静态压痕硬度反映了材料抵抗塑性变形的能力。布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等度等2022-4-1613材料的材料的硬度硬度试验试验动态压痕硬度动态压痕硬度一个具有标准重量与尺寸的一个具有标准重量与尺寸的物体从某一高度下落到被测物体从某一高度下落到被测物体的表面，并从其表面弹物体的表面，并从其表面弹起，根据其回弹高度来确定起，根据其回弹高度来确定被测物体的硬度值。被测物体的硬度值。 动态压痕硬度反映了材料的弹性性质。动态压痕硬度反映了材料的弹性性质。肖氏硬度等肖氏硬度等2022-4-1614材料的材料的硬度硬度试验试验划痕硬度划痕硬度在小曲率半径的硬质压头上

8、在小曲率半径的硬质压头上施加一定的法向载荷，并使施加一定的法向载荷，并使压头沿试样表面刻划，通过压头沿试样表面刻划，通过试样表面的划痕来评价其硬试样表面的划痕来评价其硬度度 。 划痕硬度反映了材料的弹性性质。划痕硬度反映了材料的弹性性质。莫氏硬度、马尔顿斯划痕硬度等莫氏硬度、马尔顿斯划痕硬度等2022-4-1615材料的材料的硬度硬度试验试验宏观硬度：宏观硬度：10N或或2N以上；以上；显微硬度：显微硬度：10mN以上，以上，10N或或2N以下；以下；纳米硬度：纳米硬度：700mN以下。以下。按照压头压力的大小，可以将硬度分为：按照压头压力的大小，可以将硬度分为：2022-4-1616材料材料

9、硬度试验硬度试验的特点的特点综上所述：综上所述：硬度没有科学的定义；硬度不是一个物理常数；硬度硬度没有科学的定义；硬度不是一个物理常数；硬度不是一个独立的力学性能指标；而且各种方法测量的不是一个独立的力学性能指标；而且各种方法测量的硬度也不能直接比较。硬度也不能直接比较。但是：但是：硬度试验却是力学性能试验中最常用的一种方法！硬度试验却是力学性能试验中最常用的一种方法！？2022-4-1617 A留在工件表面上的试验痕迹很小，试验后工件不被破坏留在工件表面上的试验痕迹很小，试验后工件不被破坏A试样不需要加工成特殊形状，不论大小、厚薄及形状，试样不需要加工成特殊形状，不论大小、厚薄及形状，其硬度

10、都可以由不同的方法来测定其硬度都可以由不同的方法来测定 A硬度试验方法简单、迅速硬度试验方法简单、迅速A材料硬度与其它力学性能有一定的关系。如硬度和强度材料硬度与其它力学性能有一定的关系。如硬度和强度的关系较为密切，一般说来，硬度越高，强度也越大的关系较为密切，一般说来，硬度越高，强度也越大材料材料硬度试验硬度试验的特点的特点2022-4-1618材料材料硬度试验硬度试验的特点的特点宏观宏观介观介观微观微观10-8 10-6 m10-7 10-4 m10-3 10-2 m现代材料的发展趋势：现代材料的发展趋势：力学性能是一个与力学性能是一个与尺寸无关的常数尺寸无关的常数力学性能与尺寸有力学性能

11、与尺寸有很大的关系，如尺很大的关系，如尺寸越小，强度越大寸越小，强度越大材料材料在纳在纳米尺米尺度下度下表现表现出强出强烈的烈的的尺的尺度效度效应应2022-4-1619本章主要内容本章主要内容所以，我们学习硬度这章是很有必要的！所以，我们学习硬度这章是很有必要的！1.介绍各种硬度的试验原理和方法。介绍各种硬度的试验原理和方法。包括静态压痕、动态压痕、划痕等宏观硬度等。包括静态压痕、动态压痕、划痕等宏观硬度等。2.显微硬度显微硬度3. 纳米硬度纳米硬度4.介绍材料的尺度效应及其对硬度的影响介绍材料的尺度效应及其对硬度的影响2022-4-16204.2 宏观静态压痕硬度宏观静态压痕硬度布氏硬度布

12、氏硬度洛氏硬度洛氏硬度维氏硬度维氏硬度2022-4-1621一、试验原理和方法一、试验原理和方法用一定直径的淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，用一定直径的淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，并在规定载荷下保持一定的时间后卸除压力，于是在试件并在规定载荷下保持一定的时间后卸除压力，于是在试件表面留下压痕，测量压痕的直径或是压痕深度则可以计算表面留下压痕，测量压痕的直径或是压痕深度则可以计算出压痕面积，单位压痕表面积上所承受的平均压力即定义出压痕面积，单位压痕表面积上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值，单位为千克力毫米为布氏硬度值，单位为千克力毫米2 2022-4-1622步骤一：选择压头，

13、压力并加载步骤一：选择压头，压力并加载步骤二：保载一定的时间步骤二：保载一定的时间步骤三：卸载，测量压痕直径和宽度步骤三：卸载，测量压痕直径和宽度一、试验原理和方法一、试验原理和方法步骤四：计算出压痕的面积得出材料的布氏硬度值步骤四：计算出压痕的面积得出材料的布氏硬度值2022-4-1623PDdh布氏硬度的计算公式布氏硬度的计算公式球冠面积：球冠面积：dhA2221dDDh222dDDDPDhPAPHB2022-4-162430/3000/10150WHBS布氏硬度值布氏硬度值S淬火钢球淬火钢球W硬质合金球硬质合金球压头直径压头直径mm载荷大小载荷大小kgf载荷作用时载荷作用时间间, ,为为

14、10101515s s时，不时，不进行标注进行标注上式表示用上式表示用1010mmmm的淬火钢球压头，的淬火钢球压头，30003000kgfkgf的载荷作用的载荷作用3030s s时，测得的布氏硬度为时，测得的布氏硬度为150150布氏硬度的表示方法布氏硬度的表示方法2022-4-1625布氏硬度试验方法测定材料硬度的理想情况：布氏硬度试验方法测定材料硬度的理想情况：使用同一压头压入同一试样，当变换载荷时，压痕面积使用同一压头压入同一试样，当变换载荷时，压痕面积会有变化，但单位面积上的抗力应是相同的，即布氏硬会有变化，但单位面积上的抗力应是相同的，即布氏硬度值应为常数。度值应为常数。PP or

15、 nPDnDd是变是变化的化的二、布氏硬度的相似原理二、布氏硬度的相似原理2022-4-1626对于不同材料的试样，当变换钢球和载荷时，应该有对于不同材料的试样，当变换钢球和载荷时，应该有相同的差值，保证不同材料间的相互可比性。相同的差值，保证不同材料间的相互可比性。布氏硬度试验方法测定材料硬度的理想情况：布氏硬度试验方法测定材料硬度的理想情况：PnP1CHB 2CHB 21CC 二、布氏硬度的相似原理二、布氏硬度的相似原理2022-4-1627随载荷增大测量出的硬度随载荷增大测量出的硬度值经历了微小增大、不变、值经历了微小增大、不变、再变小的过程再变小的过程布氏硬度试验方法测定同一材料硬度的

16、实际情况：布氏硬度试验方法测定同一材料硬度的实际情况：这一现象使得布氏硬度测这一现象使得布氏硬度测量造成了：量造成了：情况情况1 1：同一材料，压头直径和载荷变化时硬度值不为定值：同一材料，压头直径和载荷变化时硬度值不为定值 情况情况2 2：不同材料，压头直径和载荷变换时，硬度差值也：不同材料，压头直径和载荷变换时，硬度差值也不为定值，使得不同材料具有可比性不为定值，使得不同材料具有可比性二、布氏硬度的相似原理二、布氏硬度的相似原理2022-4-1628应取硬度值不随载荷变化而变化的区域，应取硬度值不随载荷变化而变化的区域，这样变化载荷时，硬度值不变。这样变化载荷时，硬度值不变。DdD6 .

17、025. 0Dd375. 0二、布氏硬度的相似原理二、布氏硬度的相似原理解决办法：解决办法：在这段区域，压头的直径和压痕直径满足关系式在这段区域，压头的直径和压痕直径满足关系式一般我们选择中间值一般我们选择中间值此时此时 压入角压入角 442022-4-1629二、布氏硬度的相似原理二、布氏硬度的相似原理现在，我们在保证硬度不变的区域对同一种材料，用不现在，我们在保证硬度不变的区域对同一种材料，用不同直径的压头并施加不同的载荷来进行布氏硬度测试，同直径的压头并施加不同的载荷来进行布氏硬度测试，此时选择：此时选择：Dd375. 0即此时压入角即此时压入角 44得到如右图的两个具有相同压入角和不同

18、直径的压痕，得到如右图的两个具有相同压入角和不同直径的压痕，因为压入角相同，这两个因为压入角相同，这两个压痕几何相似压痕几何相似。2022-4-16302sinDd 2sin11222DPHB根据布氏硬度值的定义：根据布氏硬度值的定义：222dDDDPAPHB由图可知：由图可知：二、布氏硬度的相似原理二、布氏硬度的相似原理2022-4-16312sin11222111DPHB2sin11222222DPHB如图当变换压头直径和载荷，分别用如图当变换压头直径和载荷，分别用1P2P作用时，作用时，压头直径压头直径分别是分别是1D、2D压痕直径压痕直径分别是分别是1d、2d两种情况下的布氏硬度值为两

19、种情况下的布氏硬度值为二、布氏硬度的相似原理二、布氏硬度的相似原理2022-4-1632对于对于同一种材料同一种材料，布氏硬度值应该，布氏硬度值应该相等相等即即21HBHB 则有则有KDPDPDP2222211为保证不同硬度的材料能得到为保证不同硬度的材料能得到相同的压入角相同的压入角，满足，满足DdD6 . 025. 084231GB规定了规定了7 7种不同的种不同的K 值值二、布氏硬度的相似原理二、布氏硬度的相似原理2022-4-1633布氏硬度的布氏硬度的K K值选择表值选择表材料材料布氏硬度布氏硬度K K钢及铸件钢及铸件 1401401403030铜及其合金铜及其合金351301303

20、030轻金属及其合金轻金属及其合金3580801 1铅、锡铅、锡1.251.252022-4-1634三、布氏硬度的测定方法三、布氏硬度的测定方法用布氏硬度方法测定材料的硬度时：用布氏硬度方法测定材料的硬度时：1.首先应根据试样的厚度选择合适的压头和载荷。首先应根据试样的厚度选择合适的压头和载荷。试件的厚度至少应为压痕深度的试件的厚度至少应为压痕深度的10倍。当试样厚度足够时，倍。当试样厚度足够时，应尽可能选择直径应尽可能选择直径10mm的压头。然后再根据材料及其硬度的压头。然后再根据材料及其硬度值范围根据值范围根据K表选择合适的表选择合适的K值。从而算出载荷值。值。从而算出载荷值。 试验后，

21、应该校核试验后，应该校核是否满足关系式。是否满足关系式。如果不满足，应该如果不满足，应该重新选择载荷重做重新选择载荷重做试验。试验。DdD6 . 025. 02022-4-1635黑色金属黑色金属s30有色金属有色金属s10维氏硬度小于维氏硬度小于3535的材料的材料s60三、布氏硬度的测定方法三、布氏硬度的测定方法2. 对试件施加载荷。对试件施加载荷。此时应保证载荷与材料表面垂直，载荷应均匀，不得有冲击此时应保证载荷与材料表面垂直，载荷应均匀，不得有冲击和振动。和振动。 3. 在载荷作用下保持一定的时间。在载荷作用下保持一定的时间。不同材料类型，载荷保持时间不一样，原则是软材料因为发不同材料

22、类型，载荷保持时间不一样，原则是软材料因为发生长时间的塑性变形，其保载时间应该长。一般规定：生长时间的塑性变形，其保载时间应该长。一般规定：2022-4-1636压头压头直径大、施加载荷大、直径大、施加载荷大、压痕面积大。压痕面积大。能反映出较大范围内材料能反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能各组成相的综合平均性能不受个别相和微区不均匀不受个别相和微区不均匀性的影响。性的影响。三、布氏硬度的特点和应用三、布氏硬度的特点和应用布氏硬度的特点：布氏硬度的特点：2022-4-1637具有粗大晶粒或粗大组成相的材料，如灰铸铁、轴承具有粗大晶粒或粗大组成相的材料，如灰铸铁、轴承合金。合金。特别是对

23、于较软的金属，如纯铝、铅、锡，测定的硬特别是对于较软的金属，如纯铝、铅、锡，测定的硬度非常准确度非常准确 三、布氏硬度的特点和应用三、布氏硬度的特点和应用适用范围：适用范围：优点：优点：分散性小，重复性好分散性小，重复性好2022-4-1638缺点缺点： 压痕较大压痕较大 测定压痕直径耗时耗力测定压痕直径耗时耗力 压头本身变形不能忽略压头本身变形不能忽略 不适用范围：不适用范围：零件表面零件表面的硬度测试，的硬度测试， 薄壁件或表面硬化层的硬度测试、薄壁件或表面硬化层的硬度测试、 大批量样品的硬度测试大批量样品的硬度测试 三、布氏硬度的特点和应用三、布氏硬度的特点和应用2022-4-1639将

24、压头在一定压力下压入被测材料的表面，直接将压头在一定压力下压入被测材料的表面，直接测量压痕深度，根据压痕深度定出材料的硬度测量压痕深度，根据压痕深度定出材料的硬度 。压痕越深则硬度值越低，反之则硬度值越高压痕越深则硬度值越低，反之则硬度值越高。一、洛氏硬度的测量原理和方法一、洛氏硬度的测量原理和方法2022-4-1640h将主载荷去除，若试件表面的压将主载荷去除，若试件表面的压痕完全回复，此时硬度值为痕完全回复，此时硬度值为k k将主载荷去除后，试件表面的压将主载荷去除后，试件表面的压痕深度为痕深度为h h，此时硬度值为此时硬度值为002. 0hkHR式中式中0.0020.002表示一个洛氏硬

25、度单位，表示一个洛氏硬度单位，K K是一个与压头类型有关是一个与压头类型有关的无量纲常数的无量纲常数( (为金刚石圆锥压头时为金刚石圆锥压头时k k100100，为，为淬火钢球压淬火钢球压头时头时k k130)130)。一、洛氏硬度的测量原理和方法一、洛氏硬度的测量原理和方法2022-4-1641一、洛氏硬度的测量原理和方法一、洛氏硬度的测量原理和方法洛氏硬度试验常用的压头有两类：洛氏硬度试验常用的压头有两类： 即顶角为即顶角为120120度的金刚石圆锥体和直径为度的金刚石圆锥体和直径为1.5881.588mmmm的的钢球压头。钢球压头。采用不同压头并施加不同的压力，可以组成不同的洛氏硬采用不

26、同压头并施加不同的压力，可以组成不同的洛氏硬度标尺。生产上常用的为度标尺。生产上常用的为A A，B B和和C C三种标尺。三种标尺。其中又以标尺其中又以标尺C用得最普遍。用这三种标尺测得的硬度分别记为用得最普遍。用这三种标尺测得的硬度分别记为HRA，HRB，HRC。 如：如： 60HRA表示用表示用A标尺测定的洛氏硬度值为标尺测定的洛氏硬度值为60。2022-4-1642洛氏硬度的不同标尺及应用洛氏硬度的不同标尺及应用标标尺尺硬度硬度符号符号压头类型压头类型初始初始载荷载荷(kgf)主载主载荷荷(kgf)总载总载荷荷(kgf)测量硬测量硬度范围度范围应用举例应用举例AHRA顶角为顶角为1201

27、20的的金刚石圆锥体金刚石圆锥体 1050602088硬质合金、硬质合金、硬化薄钢板、硬化薄钢板、表面薄层硬表面薄层硬化钢化钢 BHRB直径为直径为1.588mm 的的钢球钢球 9010022100低碳钢、铜低碳钢、铜合金、铁素合金、铁素体可锻铸铁体可锻铸铁 CHRC顶角为顶角为120120的金的金刚石圆锥体刚石圆锥体1401502070淬火钢、高淬火钢、高硬度铸件、硬度铸件、珠光体可锻珠光体可锻铸铁铸铁 一、洛氏硬度的测量原理和方法一、洛氏硬度的测量原理和方法2022-4-1643a)a) 加预载荷，如图加预载荷，如图a a，此时测得压入表面的深此时测得压入表面的深度为度为h h2 2b)b

28、) 加主载荷，测得压加主载荷，测得压入表面的深度为入表面的深度为h h3 3c) c) 卸除主载荷但保留预卸除主载荷但保留预载荷，测得压入表面的载荷，测得压入表面的深度为深度为h h1 1残余深度残余深度h=hh=h1 1-h-h2 2，代入代入002. 0hkHR即可求出洛氏硬度值即可求出洛氏硬度值洛氏硬度的测量过程洛氏硬度的测量过程以以C标尺为例：标尺为例：2022-4-1644洛氏硬度洛氏硬度思考题：思考题：为什么用为什么用金刚石圆锥和钢球压金刚石圆锥和钢球压头时，头时，K K值分别取值分别取100100或或130130答：当压头为金刚石圆锥体时，因为规定用于测量较硬的材料，一般不会出现

29、压入深度为0.2mm，而使硬度值为零。mmhHRB002. 0130当压头为钢球，多用于测量较软的金属，压入深度较深，有时可能达到0.2mm ，甚至更多。若K值定为100时，硬度值会等于零或甚至出现负值。为避免出现上述情况，将用钢球压头的洛氏标尺值定为为避免出现上述情况，将用钢球压头的洛氏标尺值定为130130。故此时的洛氏硬度值为故此时的洛氏硬度值为2022-4-1645洛氏硬度的测量方法洛氏硬度的测量方法1.选择选择合适的标尺合适的标尺一般选用一般选用C标尺标尺A标尺标尺:坚硬或薄的材料，这是因为对于坚硬材料而言，如果此时坚硬或薄的材料，这是因为对于坚硬材料而言，如果此时采用采用C标尺，由

30、于主载荷过大可能会损坏金刚石压头，而如标尺，由于主载荷过大可能会损坏金刚石压头，而如果材料比较薄，主载荷过大会造成压入深度较深，使得测果材料比较薄，主载荷过大会造成压入深度较深，使得测量结果不准确。量结果不准确。B标尺标尺:则不适合测量过软或是过硬的材料，由于软金属则不适合测量过软或是过硬的材料，由于软金属(HRB100)钢球压入深度过浅，这样都会影响测钢球压入深度过浅，这样都会影响测量精度。一般量精度。一般HRB100的材料可以用的材料可以用C标尺测定标尺测定 2022-4-1646洛氏硬度的测量方法洛氏硬度的测量方法2.试件的要求试件的要求试件表面应平坦，无裂缝以及无明显的加工痕迹和凹坑。

31、试件表面应平坦，无裂缝以及无明显的加工痕迹和凹坑。加载必须平稳无冲击，不应有附加振动，加载时间一般为加载必须平稳无冲击，不应有附加振动，加载时间一般为46s，加入总载荷后，在表盘指针旋转显著变慢时，对于，加入总载荷后，在表盘指针旋转显著变慢时，对于中等硬度的材料应于中等硬度的材料应于2s后平稳的卸除主载荷，对于较硬的金后平稳的卸除主载荷，对于较硬的金属可立即卸除主载荷而不会影响试验结果，对于较软的金属可立即卸除主载荷而不会影响试验结果，对于较软的金属，主载荷加上后，指针继续缓慢移动，说明深度缓慢加属，主载荷加上后，指针继续缓慢移动，说明深度缓慢加深，则允许用较长的保持载荷时间，如深，则允许用较

32、长的保持载荷时间，如1060s。 3.载荷以及加载时间的要求载荷以及加载时间的要求2022-4-1647洛氏硬度的测量方法洛氏硬度的测量方法4.曲面试件的修正曲面试件的修正DHRCHRC/) 100(06. 02DHRCHRC/) 100(012. 02圆柱面圆柱面:球面球面:2022-4-1648优点和适用范围：优点和适用范围：A硬度值可从硬度值可从硬度机的表盘硬度机的表盘上直接读出，简便迅速，上直接读出，简便迅速，工效高，适用于成批生产工效高，适用于成批生产A其使用负荷较小，所产生其使用负荷较小，所产生的压痕与布氏硬度试验相的压痕与布氏硬度试验相比也较小，因而对试件没比也较小，因而对试件没

33、有明显损伤，可用于半成有明显损伤，可用于半成品和成品检验品和成品检验 洛氏硬度的优缺点及其应用洛氏硬度的优缺点及其应用2022-4-1649 ；A因加有预载荷，可以消除因加有预载荷，可以消除表面轻微的不平度对试验表面轻微的不平度对试验结果的影响结果的影响A洛氏硬度测定时采用金刚洛氏硬度测定时采用金刚石或钢球作压头，不同的石或钢球作压头，不同的主载荷，可根据材料的软主载荷，可根据材料的软硬加以选用硬加以选用 洛氏硬度的优缺点及其应用洛氏硬度的优缺点及其应用2022-4-1650 不同标尺间测得的数值无法进行相互比较不同标尺间测得的数值无法进行相互比较 ；缺点和不适用范围：缺点和不适用范围： 由于

34、压痕小，所以洛氏硬度对材料组织不均匀性很敏感由于压痕小，所以洛氏硬度对材料组织不均匀性很敏感； 测试结果比较分散，重复性差，因而不适用具有测试结果比较分散，重复性差，因而不适用具有粗大、不均匀组织材料的硬度测定粗大、不均匀组织材料的硬度测定洛氏硬度的优缺点及其应用洛氏硬度的优缺点及其应用2022-4-1651表面洛氏硬度表面洛氏硬度洛氏硬度试验所用的载荷较大，不宜于测量较薄或经洛氏硬度试验所用的载荷较大，不宜于测量较薄或经表面热处理以及化学热处理后试样的表面硬度表面热处理以及化学热处理后试样的表面硬度. 发展了表发展了表面洛氏硬面洛氏硬度度2022-4-1652特点特点：原理与洛氏硬度相同原理

35、与洛氏硬度相同 预载荷减小为预载荷减小为3 3kgfkgf 硬度单位由硬度单位由0.0020.002mmmm改为改为0.0010.001mmmm 压头类型与洛氏硬度相同压头类型与洛氏硬度相同 总载荷减小总载荷减小001. 0hkHR表面洛氏硬度计算表达式表面洛氏硬度计算表达式：其中其中K K=100=100表面洛氏硬度表面洛氏硬度2022-4-1653表面洛氏硬度的不同标尺及应用表面洛氏硬度的不同标尺及应用标尺硬度符号压头类型初始载荷(kgf)主载荷(kgf)总载荷(kgf)测量硬度范围应用举例15N HR15N 顶角为120的金刚石圆锥体312137090渗碳钢、渗氮钢、极薄钢板、刀刃、零件

36、边缘部分、表面镀层30NHR30N2730428645NHR45N4245207715T HR15T 直径为1.588mm的钢球12136793低碳钢、铜合金铝合金薄板等30THR30T2730298245THR45T42451722022-4-16541.洛氏硬度洛氏硬度 45表示硬度值；表示硬度值； 45HRA HR表示洛氏硬度；表示洛氏硬度； A表示标尺。表示标尺。2.表面洛氏硬度表面洛氏硬度 45表示硬度值；表示硬度值； 45HR30N HR表示洛氏硬度；表示洛氏硬度； 30表示总载荷表示总载荷(kgf)； N表示压头类型。表示压头类型。表面洛氏硬度表面洛氏硬度2022-4-1655维

37、氏硬度的测定原理和方法维氏硬度的测定原理和方法实验原理实验原理:维氏硬度试验法是用面角为维氏硬度试验法是用面角为136度的金刚石角锥体作度的金刚石角锥体作压头，在一定的静载荷作用下，压入试样的表面，保压头，在一定的静载荷作用下，压入试样的表面，保持一定时间后卸除载荷，测量恢复后的压痕对角线长持一定时间后卸除载荷，测量恢复后的压痕对角线长度，计算出压痕凹印面积，求出单位面积上承受的载度，计算出压痕凹印面积，求出单位面积上承受的载荷大小，即为维氏硬度值。荷大小，即为维氏硬度值。 维氏硬度的计算表达式：维氏硬度的计算表达式：22854. 168sin2dPdPSPHV压痕P2022-4-165620

38、/30640HV维氏维氏硬度值硬度值载荷大小载荷大小kgf载荷作用时间载荷作用时间s维氏硬度符号维氏硬度符号注意：注意：维氏维氏硬度的载荷不是任意的，一般是硬度的载荷不是任意的，一般是5kgf，10kgf，20kgf，30kgf，50kgf，100kgf共共6种。种。当硬度值当硬度值500HV时，不采用时，不采用50kgf以上的载荷，以防损坏压头以上的载荷，以防损坏压头维氏硬度的表示方法维氏硬度的表示方法2022-4-1657要求要求：试件的厚度为压痕试件的厚度为压痕 平均直径的平均直径的1.51.5倍倍选择方法：选择方法：a.a.已知试件厚度和预期硬度参考右图已知试件厚度和预期硬度参考右图b

39、.b. 厚度未知厚度未知 按从小到大加载，若载荷增加，硬按从小到大加载，若载荷增加，硬度明显降低，则采取较小的载荷，度明显降低，则采取较小的载荷，直到两相邻载荷得出相同结果为止直到两相邻载荷得出相同结果为止c.c. 厚度较厚厚度较厚 尽可能的选择大载荷尽可能的选择大载荷d.d. 薄试件薄试件 选用小载荷选用小载荷维氏硬度的试验方法维氏硬度的试验方法2022-4-1658维氏硬度与布氏硬度的比较维氏硬度与布氏硬度的比较试验原理相同试验原理相同，都是在一定的载荷作用下将压头压入材料，都是在一定的载荷作用下将压头压入材料表面，保持一定的时间，用载荷与压痕面积的比值表示其表面，保持一定的时间，用载荷与

40、压痕面积的比值表示其硬度值。硬度值。当材料的硬度小于当材料的硬度小于450450HVHV时，维氏硬度值与布氏硬度值时，维氏硬度值与布氏硬度值大致相同大致相同 2022-4-16591.1.采用四方角锥体压头，不同载荷作用下的压痕几何相似采用四方角锥体压头，不同载荷作用下的压痕几何相似 硬度值均相同，不受布氏法中载荷硬度值均相同，不受布氏法中载荷P P和压头和压头D D条件的约束条件的约束 2.2.测量范围较宽，测量范围较宽，也不存在洛氏硬度法中不同标尺的硬度也不存在洛氏硬度法中不同标尺的硬度 无法统一的问题无法统一的问题 3.3. 压痕为一轮廓清晰的正方形，其对角线长度易于精确压痕为一轮廓清晰

41、的正方形，其对角线长度易于精确测量，故精度较布氏法的高测量，故精度较布氏法的高 维氏硬度的特点维氏硬度的特点2022-4-1660特别适用于表面强化处理后的制件或试特别适用于表面强化处理后的制件或试样，如氮化、渗碳、渗钒、渗硼、三元样，如氮化、渗碳、渗钒、渗硼、三元共渗以及各种镀层试样的表层硬度测定。共渗以及各种镀层试样的表层硬度测定。测定表面硬化层以及仪表零件等的硬度测定表面硬化层以及仪表零件等的硬度维氏硬度的适用范围维氏硬度的适用范围2022-4-1661压头加工难度大压头加工难度大, , 压头材料金刚石较昂贵压头材料金刚石较昂贵 缺点：缺点：需要通过印痕测量后才可以计算或查表得到硬度值，

42、其效率需要通过印痕测量后才可以计算或查表得到硬度值，其效率较洛氏硬度法低较洛氏硬度法低 维氏硬度的缺点和不适用范围维氏硬度的缺点和不适用范围2022-4-1662动态压痕法测材料的硬度动态压痕法测材料的硬度肖氏硬度肖氏硬度 锤击式布氏硬度锤击式布氏硬度 动力法测材料的硬度是指测试时，以具有一定动能的压动力法测材料的硬度是指测试时，以具有一定动能的压头压到材料表面上，通过回跳高度或压痕面积来计算材头压到材料表面上，通过回跳高度或压痕面积来计算材料的硬度。料的硬度。动力法测定的硬度反映了材料的弹性变形的能力。动力法测定的硬度反映了材料的弹性变形的能力。 2022-4-1663以一定重量的以一定重量

43、的冲头冲头，从一定高度，从一定高度自由下落自由下落到到试样表面试样表面，冲头回跳，将冲头回跳，将回跳高度回跳高度作为作为硬度的量度硬度的量度。肖氏硬度的试验原理和测量方法肖氏硬度的试验原理和测量方法h自由落下自由落下h回跳回跳2022-4-1664冲头类型：冲头类型： 镶金刚石圆柱体、钢球镶金刚石圆柱体、钢球自由落下回跳hhKHS 65/104K140KC C型肖氏硬度计，即带刻度标尺型肖氏硬度计，即带刻度标尺 属目测型属目测型 D D型肖氏硬度计，即带型肖氏硬度计，即带圆盘刻度，属指示型圆盘刻度，属指示型 肖氏硬度的试验原理和测量方法肖氏硬度的试验原理和测量方法硬度计算表达式硬度计算表达式:

44、2022-4-1665肖氏硬度的试验原理和测量方法肖氏硬度的试验原理和测量方法肖氏硬度试验时，要求试件表面光洁度不小于肖氏硬度试验时，要求试件表面光洁度不小于8。试件的试验面应为平面，两面平行。试件的试验面应为平面，两面平行。试样的厚度不应小于试样的厚度不应小于2mm，否则会因试件整体的弹性，否则会因试件整体的弹性或塑性变形等因素影响测量的准确性。或塑性变形等因素影响测量的准确性。对于较薄的试件，可以用沥青或焊锡等将试件固定在对于较薄的试件，可以用沥青或焊锡等将试件固定在质量为质量为400克以上的钢块上进行试验克以上的钢块上进行试验 肖氏硬度试验条件和方法肖氏硬度试验条件和方法:2022-4-

45、1666不足不足：与静态试验法相比准确性较差，数值波动幅度较大；与静态试验法相比准确性较差，数值波动幅度较大； 对弹性系数相差大的材料其结果不能相互比较。对弹性系数相差大的材料其结果不能相互比较。 对大型制件，因难于保证制件的光洁度和冲头的垂直对大型制件，因难于保证制件的光洁度和冲头的垂直 下落，试验结果误差较大下落，试验结果误差较大 肖氏硬度的特点和应用肖氏硬度的特点和应用优点优点：肖氏硬度计是一种轻便的手提式硬度计，便于流动性肖氏硬度计是一种轻便的手提式硬度计，便于流动性 工作和巡回检测，而且操作方便、结构简单，测试效工作和巡回检测，而且操作方便、结构简单，测试效 率高。率高。2022-4

46、-1667一、试验原理和测量方法一、试验原理和测量方法依靠人力锤击硬度计，将硬度计中淬过火的特制钢球同时依靠人力锤击硬度计，将硬度计中淬过火的特制钢球同时压入试样和标准硬度杆的表面，通过两者压痕直径比例关压入试样和标准硬度杆的表面，通过两者压痕直径比例关系来计算出硬度值系来计算出硬度值试样硬度试样硬度OSPHBOBSPHBB 标准杆硬度标准杆硬度222222OBOBddHBBdDDDdDDDHBBSSHBBHBOOB显然显然捶击式布氏硬度捶击式布氏硬度2022-4-1668优点优点：设备体积小、结构简单，携带和使用方便，造价低廉设备体积小、结构简单，携带和使用方便，造价低廉缺点缺点：试件与标准

47、杆的弹性不可能完全相同，且试验中由于试件与标准杆的弹性不可能完全相同，且试验中由于 不同金属的软硬程度不同，有时不能满足布氏试验法中不同金属的软硬程度不同，有时不能满足布氏试验法中 P P和和D D的比值关系，因此试验误差比较大的比值关系，因此试验误差比较大捶击式布氏硬度的特点捶击式布氏硬度的特点2022-4-1669适用范围适用范围：不能用普通硬度计试验的大型制件，如机架、大不能用普通硬度计试验的大型制件，如机架、大 锻件、已组装在设备上的小零件以及仓库储存的锻件、已组装在设备上的小零件以及仓库储存的 原材料或制件等。如钢厂供应状态下的钢材、淬原材料或制件等。如钢厂供应状态下的钢材、淬 火并

48、经过高温回火后的钢制零件、铸铁制件、铜、火并经过高温回火后的钢制零件、铸铁制件、铜、 铝、镁及其合金和各种铅、锡合金等铝、镁及其合金和各种铅、锡合金等不适用条件不适用条件：因其压头为淬火钢球，故不适合测试淬火后的因其压头为淬火钢球，故不适合测试淬火后的 高硬度制件高硬度制件 捶击式布氏硬度的应用捶击式布氏硬度的应用2022-4-1670划痕法测材料的硬度划痕法测材料的硬度 莫氏硬度莫氏硬度 马尔顿斯滑痕硬度马尔顿斯滑痕硬度2022-4-1671莫氏硬度：莫氏硬度：以材料抵抗刻划的能力作为衡量硬度的依据以材料抵抗刻划的能力作为衡量硬度的依据. .依据依据：选定十种不同矿物，从软到硬分为十级选定十

49、种不同矿物，从软到硬分为十级 如果一种材料不能用硬度标号为如果一种材料不能用硬度标号为n n的矿物刻划出划痕，的矿物刻划出划痕，而只能用硬度标号为而只能用硬度标号为n n+1+1的矿物刻划出划痕时，它的的矿物刻划出划痕时，它的硬度就在此两种硬度标号之间，即为硬度就在此两种硬度标号之间，即为n+1/2n+1/2级级 方法：方法：莫氏硬度的试验原理和方法莫氏硬度的试验原理和方法2022-4-1672莫氏硬度的等级划分莫氏硬度的等级划分矿物名称硬度矿物名称硬度矿物名称硬度滑石 1磷灰石 5黄玉 8石膏（或岩盐） 2长石 6刚玉 9方解石 3石英 7金刚石 10萤石 4莫氏硬度莫氏硬度2022-4-1

50、673将标准压头在一定的载荷作用下压入被测物体表面内，然将标准压头在一定的载荷作用下压入被测物体表面内，然后使压头移动，则在金属表面刻出一条划痕。硬度值是用后使压头移动，则在金属表面刻出一条划痕。硬度值是用某一定的载荷下划痕的宽度或用刻划出一定宽度的划痕所某一定的载荷下划痕的宽度或用刻划出一定宽度的划痕所需的载荷来表示。需的载荷来表示。 计算公式：计算公式：用具有锥角的金刚石锥体，刻划出宽用具有锥角的金刚石锥体，刻划出宽1010umum的刻划所需的的刻划所需的载荷为硬度的量度载荷为硬度的量度 滑痕bPHm或或2滑痕bPHm马尔斯顿划痕硬度的试验原理和方法马尔斯顿划痕硬度的试验原理和方法2022