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______________________________________________________________________________________________________________ 加工硬化和真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線 工程應(yīng)力工程應(yīng)變曲線的形狀是不變的,并且對試樣卸載和重新加載時,應(yīng)力也沒有區(qū)別（必須保證卸載和重新加載之間的時間足夠短）. 然而,如果用真應(yīng)力和真應(yīng)變來繪制曲線的話就會有區(qū)別,例如真應(yīng)變的定義是長度的增量除以標距瞬時長度,然而工程應(yīng)變是長度的增量除以原始標距的長度.比較這兩種繪制曲線的方法,會發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)變的增加,應(yīng)力應(yīng)變的數(shù)據(jù)會發(fā)生越來越顯著的差.一會兒會給出一些例子. 加工硬化率總是從真應(yīng)力真應(yīng)變數(shù)據(jù)中測量得到的. 絕大多數(shù)應(yīng)力應(yīng)變曲線都遵循一個簡單的能量表達式,稱之為Holloman方程,如下: σt?=?Kεtn 當 n 為硬化比率或者硬化系數(shù)的時候，這個方程對中斷的測試同樣適用（但僅適用于立刻重新加載的測試，在室溫下被延遲了幾個小時后再加載就不適用了). 由少量塑性應(yīng)變,比如 1%,引起的應(yīng)力增加會很顯著,在拉伸試驗中可以測量出來,從而估計少量塑性應(yīng)變后屈服強度的增加. 對于給定應(yīng)變,應(yīng)力增量越大,冷加工屈服強度越大.這個有用的參數(shù)被稱做加工硬化指數(shù),可以通過繪制如下曲線得到: ln?σ?=?ln?K?+?n.ln?ε 當塑性應(yīng)變增加時,真應(yīng)變和工程應(yīng)變之間的差別也越來越大.一個可以選擇的能精確測量 n 值的方法是在給定的應(yīng)變處,測出真應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率: dσ?/?dε?=?n?KεTn?1 為了取代εn我們有:- dσ?/?dε?=?n?σT?/?εT 或者 n?=?dσ?/?dε.εT?/?σT 這里 σT和εT 是測量的 dσ/dε處的真應(yīng)力和真應(yīng)變. 第1章 材料在靜載下的力學(xué)行為(力學(xué)性能) 1.1 材料在靜拉伸時的力學(xué)行為概述 ??? 靜拉伸是材料力學(xué)性能試驗中最基本的試驗方法。用靜拉伸試驗得到的應(yīng)力－應(yīng)變曲線，可以求出許多重要性能指標。如彈性模量E，主要用于零件的剛度設(shè)計中；材料的屈服強度σs和抗拉強度σb則主要用于零件的強度設(shè)計中，特別是抗拉強度和彎曲疲勞強度有一定的比例關(guān)系，這就進一步為零件在交變載荷下使用提供參考；而材料的塑性，斷裂前的應(yīng)變量，主要是為材料在冷熱變形時的工藝性能作參考。 圖1－1 幾種典型材料在溫室下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線 　 ??? 圖1-1表示不同類型材料的幾種典型的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線?？梢?，它們的差別是很大的。對退火的低碳鋼，在拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，出現(xiàn)平臺，即在應(yīng)力不增加的情況下材料可繼續(xù)變形，這一平臺稱為屈服平臺，平臺的延伸長度隨鋼的含碳量增加而減少，當含碳量增至0.6%以上，平臺消失，這種類型見圖1-1a；對多數(shù)塑性金屬材料，其拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1-1b所示，該圖所繪的雖是一鋁鎂合金，但銅合金，中碳合金結(jié)構(gòu)鋼(經(jīng)淬火及中高溫回火處理)也是如此，與圖1-1a不同的是，材料由彈性變形連續(xù)過渡到塑性變形，塑性變形時沒有鋸齒形平臺，而變形時總伴隨著加工硬化；對高分子材料，象聚氯乙烯，在拉伸開始時應(yīng)力和應(yīng)變不成直線關(guān)系，見圖1-1c，即不服從虎克定律，而且變形表現(xiàn)為粘彈性。圖1-1d為蘇打石灰玻璃的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，只顯示彈性變形，沒有塑性變形立即斷裂，這是完全脆斷的情形。工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料象Al2O3，SiC等均屬這種情況，淬火態(tài)的高碳鋼、普通灰鑄鐵也屬這種情況。 1.2 金屬材料的彈性變形 1.2.1 廣義虎克定律 ??? 已知在單向應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系為： ???????????????? ??? 一般應(yīng)力狀態(tài)下各向同性材料的廣義虎克定律為： ?????其中： ???? 如用主應(yīng)力狀態(tài)表示廣義虎克定律,則有 1.2.2 彈性模量的技術(shù)意義 ??? 工程上把彈性模量E、G稱做材料的剛度，它表示材料在外載荷下抵抗彈性變形的能力。在機械設(shè)計中，有時剛度是第一位的。精密機床的主軸如果不具有足夠的剛度，就不能保證零件的加工精度。若汽車拖拉機中的曲軸彎曲剛度不足，就會影響活塞、連桿及軸承等重要零件的正常工作；若扭轉(zhuǎn)剛度不足，則可能會產(chǎn)生強烈的扭轉(zhuǎn)振動。曲軸的結(jié)構(gòu)和尺寸常常由剛度決定，然后作強度校核。通常由剛度決定的尺寸遠大于按強度計算的尺寸。所以，曲軸只有在個別情況下，才從軸頸到曲柄的過渡園角處發(fā)生斷裂，這一般是制造工藝不當所致。 ??? 不同類型的材料，其彈性模量可以差別很大，因而在給定載荷下，產(chǎn)生的彈性撓曲變形也就會相差懸殊。材料的彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合力，而材料的成分和組織對它的影響不大，所以說它是一個對組織不敏感的性能指標，這是彈性模量在性能上的主要特點(金屬的彈性模量是一個結(jié)構(gòu)不敏感的性能指標，而高分子和陶瓷材料的彈性模量則對結(jié)構(gòu)與組織很敏感)。改變材料的成分和組織會對材料的強度(如屈服強度、抗拉強度)有顯著影響，但對材料的剛度影響不大。從大的范圍說，材料的彈性模量首先決定于結(jié)合鍵。共價鍵結(jié)合的材料彈性模量最高，所以象SiC，Si3N4陶瓷材料和碳纖維的復(fù)合材料有很高的彈性模量。而主要依靠分子鍵結(jié)合的高分子，由于鍵力弱其彈性模量最低。金屬鍵有較強的鍵力，材料容易塑性變形，其彈性模量適中，但由于各種金屬原子結(jié)合力的不同，也會有很大的差別，例如鐵(鋼)的彈性模量為210GPa，是鋁(鋁合金)的三倍(EAl≈70GPa)，而鎢的彈性模量又是鐵的兩倍(Ew≈70GPa)。彈性模量是和材料的熔點成正比的，越是難熔的材料彈性模量也越高。 1.2.3 彈性比功 ????對于彈簧零件來說，不管彈簧的形狀如何（是螺旋彈簧還是板彈簧），也不管彈簧的受力方式如何（是拉壓還是彎扭），都要求其在彈性范圍內(nèi)（彈性極限以下）有盡可能高的彈性比功。彈性比功為應(yīng)力－應(yīng)變曲線下彈性范圍內(nèi)所吸收的變形功，即： 彈性比功　 式中σe為材料的彈性極限，它表示材料發(fā)生彈性變性的極限抗力。理論上彈性極限的測定應(yīng)該是通過不斷加載與卸載，直到能使變形完全恢復(fù)的極限載荷。實際上在測定彈性極限時是以規(guī)定某一少量的殘留變形(如0.01%)為標準，對應(yīng)此殘留變形的應(yīng)力即為彈性極限。 ??? 彈性模量是材料的剛度性能，材料的成分與熱處理對它影響不大；而彈性極限是材料的強度性能，改變材料的成分與熱處理能顯著提高材料的彈性極限。這里附帶說明，材料的彈性極限規(guī)定的殘留變形量比一般的屈服強度更小，是對組織更敏感的性能指標，如它對內(nèi)應(yīng)力、鋼中殘留奧氏體、自由鐵素體和貝氏體等能靈敏地反映出材料內(nèi)部組織的變化。 1.2.4 滯彈性 ??? 理想的彈性體其彈性變形速度是很快的，相當于聲音在彈性體中的傳播速度。因此，在加載時可認為變形立即達到應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的相應(yīng)值，卸載時也立即恢復(fù)原狀，圖上的加載與卸載應(yīng)在同一直線上，也就是說應(yīng)變與應(yīng)力始終保持同步。但是，在實際材料中有應(yīng)變落后于應(yīng)力現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫做滯彈性(如圖1-2)。對于多數(shù)金屬材料，如果不是在微應(yīng)變范圍內(nèi)精密測量，其滯彈性不是十分明顯，而有少數(shù)金屬特別象鑄鐵、高鉻不銹鋼則有明顯的滯彈性。例如普通灰鑄鐵在拉伸時，其在彈性變形范圍內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變并不遵循直線AC關(guān)系(參見圖1-2)，而是加載時沿著直線ABC，在卸載時不是沿著原途徑，而是沿著CDA恢復(fù)原狀。加載時試樣儲存的變形功為ABCE，卸載時釋放的彈性變形能為ADCE，這樣在加載與卸載的循環(huán)中，試樣儲存的彈性能為ABCDA，即圖中陰影線面積。這個滯后環(huán)面積雖然很小，但在工程上對一些產(chǎn)生振動的零件卻很重要，它可以減小振動，使振動幅度很快地衰減下來，正是因為鑄鐵有此特性，故常被用來制作機床床身和內(nèi)燃機的支座。滯彈性也有不好的一面，如在精密儀表中的彈簧、油壓表或氣壓表的測力彈簧，要求彈簧薄膜的彈性變形能靈敏地反映出油壓或氣壓的變化，因此不允許材料有顯著的滯彈性。對于高分子材料，滯彈性表現(xiàn)為粘彈性并成為材料的普遍特性，這時高分子的力學(xué)性能都與時間有關(guān)了，其應(yīng)變不再是應(yīng)力的單值函數(shù)也與時間有關(guān)。高分子材料的粘彈性主要是由于大的分子量使應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)較慢所致。 1.2.5 包辛格效應(yīng)及其使用意義 ??? 包辛格效應(yīng)就是指原先經(jīng)過變形，然后在反向加載時彈性極限或屈服強度降低的現(xiàn)象,如圖1－3所示。特別是彈性極限在反向加載時幾乎下降到零，這說明在反向加載時塑性變形立即開始了。包辛格效應(yīng)在理論上和實際上都有其重要意義。在理論上由于它是金屬變形時長程內(nèi)應(yīng)力的度量（長程內(nèi)應(yīng)力的大小可用X光方法測量），包辛格效應(yīng)可用來研究材料加工硬化的機制。在工程應(yīng)用上，首先是材料加工成型工藝需要考慮包辛格效應(yīng)。其次，包辛格效應(yīng)大的材料，內(nèi)應(yīng)力較大。 　 1.3 金屬材料的塑性變形 1.3.1 屈服強度及其影響因素 ??? 1. 屈服標準 ??? 工程上常用的屈服標準有三種： ??? (1)比例極限??應(yīng)力-應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力，國際上常采用σp表示，超過σp時即認為材料開始屈服。 ??? (2)彈性極限??試樣加載后再卸載，以不出現(xiàn)殘留的永久變形為標準，材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。國際上通常以σel表示。應(yīng)力超過σel時即認為材料開始屈服。 ??? (3)屈服強度??以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標準，如通常以0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強度，符號為σ0.2或σys。 ??? 2. 影響屈服強度的因素 ??? 影響屈服強度的內(nèi)在因素有：結(jié)合鍵、組織、結(jié)構(gòu)、原子本性。如將金屬的屈服強度與陶瓷、高分子材料比較可看出結(jié)合鍵的影響是根本性的。從組織結(jié)構(gòu)的影響來看，可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度，這就是：(1)固溶強化；(2)形變強化；(3)沉淀強化和彌散強化；(4)晶界和亞晶強化。沉淀強化和細晶強化是工業(yè)合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中，前三種機制在提高材料強度的同時，也降低了塑性，只有細化晶粒和亞晶，既能提高強度又能增加塑性。 ??? 影響屈服強度的外在因素有：溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。隨著溫度的降低與應(yīng)變速率的增高,材料的屈服強度升高，尤其是體心立方金屬對溫度和應(yīng)變速率特別敏感，這導(dǎo)致了鋼的低溫脆化。應(yīng)力狀態(tài)的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內(nèi)在性能的一個本質(zhì)指標，但應(yīng)力狀態(tài)不同，屈服強度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度。 ??? 3.屈服強度的工程意義 ??? 傳統(tǒng)的強度設(shè)計方法，對塑性材料，以屈服強度為標準，規(guī)定許用應(yīng)力[σ]=σys/n，安全系數(shù)n一般取2或更大，對脆性材料，以抗拉強度為標準，規(guī)定許用應(yīng)力[σ]=σb/n，安全系數(shù)n一般取6。 ??? 需要注意的是，按照傳統(tǒng)的強度設(shè)計方法，必然會導(dǎo)致片面追求材料的高屈服強度，但是隨著材料屈服強度的提高，材料的抗脆斷強度在降低，材料的脆斷危險性增加了。 ??? 屈服強度不僅有直接的使用意義，在工程上也是材料的某些力學(xué)行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強度增高，對應(yīng)力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強度是材料性能中不可缺少的重要指標。 1.3.2　加工硬化和真應(yīng)力－應(yīng)變曲線 ??? 1. 真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線 ??? 材料開始屈服以后，繼續(xù)變形將產(chǎn)生加工硬化。但材料的加工硬化行為，不能用條件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線來描述。因為條件應(yīng)力σ=F/A,條件應(yīng)變。應(yīng)力的變化是以不變的原始截面積來計量，而應(yīng)變是以初始的試樣標距長度來度量。但實際上在變形過程的每一瞬時試樣的截面積和長度都在變化，這樣，自然不能真實反映變形過程中的應(yīng)力和應(yīng)變的變化，而必須采用真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線。真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線也叫流變曲線。真實應(yīng)力S=F/A，真實應(yīng)變。 ??? 由圖1－4可以看出，真實應(yīng)變與條件應(yīng)變相比有兩個明顯的特點。第一，條件應(yīng)變往往不能真實反映或度量應(yīng)變。第二，真實應(yīng)變可以疊加，可以不計中間的加載歷史，只需要知道試樣的初始長度和最終長度。條件應(yīng)變總大于真應(yīng)變，在條件應(yīng)變?yōu)?.1左右時，兩者相差不多，隨著應(yīng)變量的增加，兩者的相差越來越大。 ??? 2.真應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系 ??? 從試樣開始屈服到發(fā)生頸縮，這一段應(yīng)變范圍中真實應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系,可用以下方程描述 式中n稱為加工硬化指數(shù)或應(yīng)變硬化指數(shù)，K叫做強度系數(shù)。如取對數(shù),則有 在雙對數(shù)的坐標中真應(yīng)力和真應(yīng)變成線性關(guān)系,直線的斜率即為n，而K相當于ε=1.0時的真應(yīng)力，見圖1－5。理想的彈性體和理想的塑性體限定了一般材料加工硬化指數(shù)n的變化范圍，如用 S=Kεn? 方程描述，則在圖1－6中，理想彈性體n=1為-45。斜線，理想塑性體n=0為一水平直線，n=1/2的為一拋物線。 ??? 3.加工硬化指數(shù)n的實際意義 ??? 加工硬化指數(shù)n反應(yīng)了材料開始屈服以后，繼續(xù)變形時材料的應(yīng)變硬化情況，它決定了材料開始發(fā)生頸縮時的最大應(yīng)力。n還決定了材料能夠產(chǎn)生的最大均勻應(yīng)變量（見1.3.3內(nèi)容），這一數(shù)值在冷加工成型工藝中是很重要的。 ??? 對于工作中的零件，也要求材料有一定的加工硬化能力，否則，在偶然過載的情況下，會產(chǎn)生過量的塑性變形，甚至有局部的不均勻變形或斷裂，因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保證。 ??? 形變硬化是提高材料強度的重要手段。不銹鋼有很大的加工硬化指數(shù)n=0.5，因而也有很高的均勻變形量。不銹鋼的屈服強度不高，但如用冷變形可以成倍地提高。高碳鋼絲經(jīng)過鉛浴等溫處理后拉拔，可以達到2000MPa以上。但是，傳統(tǒng)的形變強化方法只能使強度提高，而塑性損失了很多?，F(xiàn)在研制的一些新材料中，注意到當改變了顯微組織和組織的分布時，變形中既能提高強度又能提高塑性，見圖1－7。 　 1.3.3 頸縮條件和抗拉強度 ??? 1.頸縮條件 ??? 應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的應(yīng)力達到最大值時即開始出現(xiàn)頸縮。在頸縮前變形沿整個試樣長度是均勻的，發(fā)生頸縮后變形則主要集中在局部區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)橫截面越來越細，局部應(yīng)力越來越高，直至不能承受外加載荷而斷裂。出現(xiàn)頸縮時正是相當于負荷-變形曲線上的最大載荷處，因此，應(yīng)有dF=0 ?????????????? ???????? dF=d(S·A)=AdS+SdA=0 即　　?????????????????? -dA/A=dS/S ??? 又按體積不變定理有　 dL/L=-dA/A=dε 故有 　　　　　　???????????? dS/dε=S ??? 這就是出現(xiàn)頸縮的條件，即當加工硬化速率等于該處的真應(yīng)力時就開始頸縮。 ??? 依據(jù)頸縮條件，倘若已有真應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并作出相應(yīng)的應(yīng)變硬化速率和應(yīng)變的關(guān)系，這兩個曲線的交點即表示在該應(yīng)變量下將要開始頸縮，在交點的左方dS/dε>S，硬化作用較強，足以補償因截面之減小所引起的應(yīng)力升高，而在交點的右方dS/dε2，即最大切應(yīng)力遠遠大于最大正應(yīng)力，所以在這種加載方式下幾乎所有金屬材料都會發(fā)生塑性變形，而起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形的抗力(即形變強化能力)就直接決定壓 入硬度值的大小。 ??? 硬度試驗按其試驗方法的物理意義可分為刻劃硬度、回跳硬度(肖氏硬度)和壓入硬度?？虅澯捕戎饕碚鞑牧蠈η袛嗍狡茐牡目沽Γ运cSK之間有明確的對應(yīng)關(guān)系?；靥捕戎饕碚鞑牧蠌椥员裙Υ笮　Ｒ虼?，必須對彈性模量相同的材料才能進行這一試驗。壓入硬度的含義已如上述。由于此法在生產(chǎn)上應(yīng)用最為廣泛，故下面主要談壓入法硬度。 1.7.2布氏硬度 ??? 1. 布氏硬度試驗的基本原理 ??? 布氏硬度的測定原理是：在直徑D的鋼珠上，加一定負荷P，壓入被試金屬的表面(見圖1－20)，根據(jù)金屬表面壓痕的陷凹面積F凹計算出應(yīng)力值，以此值作為硬度值大小的計量指標。布氏硬度的符號以HB標計 ??????? 式中為壓痕陷凹深度；為壓痕陷凹面積(試驗參見動畫演示)，這可以從壓痕陷凹面積和整個球面積之比等于壓痕陷凹深度和球直徑D之比的關(guān)系中求得。 ??? 由上式可知，在P和D一定時，HB的高低取決于t的大小，二者呈反比。t大說明金屬形變抗力低，故硬度值HB小，反之則HB大。 ??? 在實際測定時，由于測定較困難，而測定陷凹直徑卻較容易，因此，要將上式中的換成。則有 ??????????? ??? 可得出 ??? 2.布氏硬度試驗規(guī)程 ??? 布氏硬度試驗的基本條件是負荷P和鋼球直徑D必須事先確定，這樣所得數(shù)據(jù)才能進行比較。但由于金屬有硬有軟，所試工件有厚有薄，如果只采用一個標準的負荷P(如3000kgf)和鋼球直徑D(如10mm)時，則對于硬合金(如鋼)雖然適合，對于軟合金(如鉛、錫)就不適合，這時，整個鋼球都會陷入金屬中；同樣，這個值對厚的工件雖然適合，對于薄的工件(如厚度小于2mm)就不適合，這時工件可能被壓透。此外，壓痕直徑d和鋼球直徑D的比值也不能太大或太小，否則所得HB值失真，只有二者的比值在一定范圍(0.2D450以上的太硬材料，因鋼球變形已很顯著，影響所測數(shù)據(jù)的正確性，因此不能使用。由于壓痕較大，不宜于某些表面不允許有較大壓痕的成品檢驗，也不宜于薄件試驗。此外，因需測量d值，故被測處要求平穩(wěn)，操 作和測量都需較長時間，故在要求迅速檢定大量成品時不適合。 1.7.3洛氏硬度 ??? 1. 洛氏硬度值的規(guī)定 ??? 洛氏硬度的壓頭分硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)的由頂角為120°的金鋼石圓錐體制成，適于測定淬火鋼材等較硬的金屬材料；軟質(zhì)的為直徑1/16"(1.5875mm)或1/8"(3.175mm)的鋼球，適于退火鋼、有色金屬等較軟材料硬度值的測定。洛氏硬度所加負荷根據(jù)被試金屬本身硬軟不等作不同規(guī)定，隨不同壓頭和所加不同負荷的搭配出現(xiàn)了各種稱號的洛氏硬度級。 ??? 生產(chǎn)上用得最多的是A級、B級和C級，即HRA(金鋼石圓錐壓頭、60kgf負荷)，HRB(1/16"鋼球壓頭、100kgf負荷)和HRC(金鋼石圓錐壓頭、150kgf負荷)，而其中又以HRC用得最普遍。 ??? 因為洛氏硬度是以壓痕陷凹深度t作為計量硬度值的指標。在同一硬度級下，金屬愈硬則壓痕深度t愈小，愈軟則t愈大。如果直接以t的大小作為指標，則將出現(xiàn)硬金屬t值小從而硬度值小，軟金屬的t值大從而硬度值大的現(xiàn)象，這和布氏硬度值所表示的硬度大小的概念相矛盾，也和人們的習(xí)慣不一致。為此，只能采取一個不得已的措施，即用選定的常數(shù)來減去所得t值，以其差值來標志洛氏硬度值。此常數(shù)規(guī)定為0.2mm(用于HRA、HRC)和0.26mm (用于HRB)。因此 ????????? ????????? 　　　　　　 ??? 其中t為壓痕的陷凹深度。 ??? 2. 洛氏硬度試驗的優(yōu)缺點 ??? 洛氏硬度試驗避免了布氏硬度試驗所存在的缺點。它的優(yōu)點是： ??? 1)因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗，不存在壓頭變形問題； ??? 2)壓痕小，不傷工件表面； ??? 3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，生產(chǎn)效率高，適用于大量生產(chǎn)中的成品檢驗。 ??? 缺點是：用不同硬度級測得的硬度值無法統(tǒng)一起來，無法進行比較。 1.7.4 維氏硬度 ????維氏硬度試驗法開始于1925年。維氏硬度的測定原理和布氏硬度相同,也是根據(jù)單位壓痕陷凹面積上承受的負荷，即應(yīng)力值作為硬度值的計量指標。所不同的是維氏硬度采用錐面夾角為136°的四方角錐體，由金鋼石制成。之所以采用四方角錐，是針對布氏硬度的負荷P和鋼球直徑D之間必須遵循P/D2為定值的這一制約關(guān)系的缺點而提出來的。采用了四方角錐，當負荷改變時壓人角不變，因此負荷可以任意選擇，這是維氏硬度試驗最主要的特點，也是最大的優(yōu)點。四方角錐之所以選取136°，是為了所測數(shù)據(jù)與HB值能得到最好的配合。因為一般布氏硬度試驗時，壓痕直徑d多半在0.25D到0.5D之間，當 ??????????????? 時，通過此壓痕直徑作鋼球的切線，切線的夾角正好等于136°，如圖1－22所示。所以通過維氏硬度試驗所得到的硬度值和通過布氏硬度試驗所得到的硬度值能完全相等，這是維氏硬度試驗的第二個特點。 ??? 此外，采用四方角錐后，壓痕為一具有清晰輪廓的正方形在測量壓痕對角線長度d時誤差小(參看圖1－22)，這點比用布氏硬度測量圓形的壓痕直徑d要方便得多。還有，采用金鋼石制壓頭可適用于試驗任何硬質(zhì)的材料。 ??? 和布氏、洛氏硬度試驗比較起來，維氏硬度試驗具有許多優(yōu)點。它不存在布氏那種負荷P和壓頭直徑D的規(guī)定條件的約束，以及壓頭變形問題；也不存在洛氏那種硬度值無法統(tǒng)一的問題。而它和洛氏一樣可以試驗任何軟硬的材料，并且比洛氏能更好地測試極薄件(或薄層)的硬度，這點只有洛氏表面硬度級才能做到。但即使在這樣的條件下，也只能在該洛氏級內(nèi)進行比較，和其它硬度級統(tǒng)一不起來。此外洛氏由于是以壓痕深度為計量指標，而壓痕深度總比壓痕寬度要小些，故其相對誤差也越大些。因此，洛氏硬度數(shù)據(jù)不如布氏、維氏穩(wěn)定，當然更不如維氏精確。 ??? 總的來說，維氏硬度試驗具有另外兩種試驗的優(yōu)點而摒棄了它們的缺點，此外還有它本身突出的特點——負荷大小可任意選擇。唯一缺點是硬度值需通過測量對角線后才能計算(或查表)出來，因此生產(chǎn)效率沒有洛氏高。 1.7.5 顯微硬度 ??? 顯微硬度所用的載荷很小，大致在100gf-500gf范圍，所用的壓頭有兩種：一種是維氏壓頭，和宏觀的維氏硬度壓頭—樣，只是在金剛石四方錐的制造上和測量上要更加嚴格；另一種是努氏壓頭(knoop indenter)，它是一菱形的金剛錐體，其形貌如圖1－23所示。在縱向上錐體的頂角為，，橫向上錐體的頂角為130°，壓痕的長短對角線長度之比約7：1，壓痕的深度約為其長度的1/30。努氏硬度按以下公式計算 ??????????????? ??? 總的來說，顯微硬度是用來測量尺寸很小或很薄零件的硬度，或者是用來測量各種顯 微組織的硬度。但是，努氏與維氏顯微硬度比較，有些突出的優(yōu)點，例如： ??? (1)在測量滲碳(或氮化)淬硬層的硬度分布時，努氏壓痕的排列與分布較維氏更緊湊； ??? (2)在相同的對角線長度下(努氏壓痕以長對角線計)，努氏壓痕的深度與面積只有維氏壓痕的15％，這對測量薄層硬度，例如電鍍層特別適宜，而在測量脆性材料如玻璃，陶瓷的硬度時，在壓痕周圍不容易碎裂，因為斷裂傾向是和受應(yīng)力材料的體積成正比的，所以努氏硬度在—些特定的場合下使用時更方便。  THANKS !!! 致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計劃書，學(xué)習(xí)課件等等 打造全網(wǎng)一站式需求 歡迎您的下載，資料僅供參考 -可編輯修改-