1、第二部分：金属材料第二部分：金属材料材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院歼歼10 (10 (中国中国) ) 太行发动机（中国）太行发动机（中国）材材 料料 学学 科科金金属属材材料料与与热热处处理理钢钢铁铁冶冶金金有有色色金金属属冶冶金金冶冶金金物物理理化化学学金金属属压压力力加加工工无无机机非非金金属属材材料料硅硅酸酸盐盐工工程程高高分分子子材材料料与与工工程程粉粉末末冶冶金金复复合合材材料料腐腐蚀蚀与与防防护护材材料料科科学学与与工工程程复复合合材材料料铸铸造造焊焊接接 材材料料学学科科二二级级学学科科分分类类表表金属材料金属材料课程内容课程内容2、金属材料的力学性能、金属材料的力
2、学性能 3、金属合金相图、金属合金相图1、金属晶体结构、金属固溶体和晶体缺陷、金属晶体结构、金属固溶体和晶体缺陷 4、新型金属材料、新型金属材料 金属材料金属材料 金属材料是由化学元素周金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构成的可分为由一种金属元素构成的单质（纯金属）；由两种或两单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又金属元素构成的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物可分为固溶体和金属间化合物。 在在103种元素中，除种元素中，除He,Ne,Ar等等6种惰性种惰性元素
3、和元素和C、Si、N等等16种非金属元素外，其余种非金属元素外，其余81种为金属元素。除种为金属元素。除Hg之外，单质金属在常温下之外，单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。单质金属单质金属 合金是以一种金属元素为基体加上一种合金是以一种金属元素为基体加上一种或一种以上的金属或非金属元素熔合在一起或一种以上的金属或非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的物质。合金的性质与
4、形成的具有金属特性的物质。合金的性质与组成合金的各个相的性质有关，同时也与这组成合金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、形状及分布有关。些相在合金中的数量、形状及分布有关。合合 金金合合 金金组元组元：组成材料的最基本的独立的物质称为：组成材料的最基本的独立的物质称为“组组元元”，组元可以是金属元素或非金属元素（例如：，组元可以是金属元素或非金属元素（例如：普通碳钢的组元是普通碳钢的组元是Fe与与C)，也可以是稳定的化，也可以是稳定的化合物。合物。相相：材料中成份、性能、结构相同并以界面互相：材料中成份、性能、结构相同并以界面互相分开的均匀的组成部分称为分开的均匀的组成部分称为“
5、相相”。金属的结构1、体心立方结构、体心立方结构（a）刚球模型（b）质点模型（c）晶胞原子数图图1 1 体心立方晶胞体心立方晶胞 (铬、钼、钨等）铬、钼、钨等）（a）刚球模型）刚球模型（b）质点模型）质点模型（c）晶胞原子数）晶胞原子数金属的结构2、面心立方结构、面心立方结构（a）刚球模型）刚球模型（b）质点模型）质点模型（c）晶胞原子数）晶胞原子数图图2 2 面心立方晶胞面心立方晶胞 （铝、铜、镍等）（铝、铜、镍等）金属的结构3、密排六方结构、密排六方结构图图3 3 密排六方晶胞密排六方晶胞 （镁、锌等）（镁、锌等）（a）刚球模型）刚球模型（b）质点模型）质点模型（c）晶胞原子数）晶胞原子数
6、三种典型金属晶体结构中每个晶胞所占有的原子数n为： 面心立方结构 n=81/8+61/2=4 体心立方结构 n=81/8+1=2 密排六方结构 n=121/6+21/2+3=6金属的结构金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构实际上，金属是一个多晶体结构，实际上，金属是一个多晶体结构，这种原子排列方位基本一致，但这种原子排列方位基本一致，但外形不规则的小晶体，称为晶粒。外形不规则的小晶体，称为晶粒。由于金属是多晶体结构，单个晶由于金属是多晶体结构，单个晶粒的各向异性彼此相互抵消，金属粒的各向异性彼此相互抵消，金属就显示出各向同性，若对金属进行就显示出各向同性，若对金属进行单方向的塑性变形（如冷扎、
7、冷拉单方向的塑性变形（如冷扎、冷拉等），使各个晶粒的晶格趋向一致，等），使各个晶粒的晶格趋向一致，则多晶体金属又会显示出各向异性。则多晶体金属又会显示出各向异性。图图4 4 金属的多晶体结金属的多晶体结构示意图构示意图 金属化合物金属化合物合金的分类合金的分类固溶体固溶体合金的结构按其组元在结晶时彼此作用的不同，合金的结构按其组元在结晶时彼此作用的不同，可以分为固溶体、金属化合物、机械混合物三种类型。可以分为固溶体、金属化合物、机械混合物三种类型。合金固溶体合金固溶体 当金属的晶体结构保持溶剂组元当金属的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种合金称为一次固的晶体结构时，这种合金称为一次固溶体或
8、端际固溶体，简称为溶体或端际固溶体，简称为固溶体固溶体。合金金属化合物合金金属化合物 金属元素与其它金属元素或非金金属元素与其它金属元素或非金属元素之间形成合金时，除固溶体外，属元素之间形成合金时，除固溶体外，还可能形成还可能形成金属化合物金属化合物。 合金金属间化合物合金金属间化合物 A、B两组元相互溶解后所形成的新的物质两组元相互溶解后所形成的新的物质既不是既不是A组元的结构，也不是组元的结构，也不是B组元的结构，而组元的结构，而是自身的一种独立的结构。是自身的一种独立的结构。 例如：例如： Fe和和C所形成的化合物所形成的化合物Fe3C，就是一，就是一种典型的金属间化合物。种典型的金属间
9、化合物。 金属化合物是合金组元间发生相互作用而形成的一金属化合物是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相，又称为中间相，其晶格类型和性能均不同于任种新相，又称为中间相，其晶格类型和性能均不同于任一组元，一般可以用分子式大致表示其组成。在该化合一组元，一般可以用分子式大致表示其组成。在该化合物中，除了离子键、共价键外，金属键也参与作用，因物中，除了离子键、共价键外，金属键也参与作用，因而它具有一定的金属性质，所以称之为金属化合物。碳而它具有一定的金属性质，所以称之为金属化合物。碳钢中的钢中的Fe3C、黄铜中的、黄铜中的CuZn、铝合金中的、铝合金中的CuAl2等都是等都是金属化合物。金属化合物。
10、合金金属化合物合金金属化合物合金中的固溶体合金中的固溶体固溶体的分类固溶体的分类根据溶质原子在溶剂晶体结构中的位置，固溶根据溶质原子在溶剂晶体结构中的位置，固溶体可分为：体可分为：1.置换固溶体（代位固溶体）置换固溶体（代位固溶体）2.间隙固溶体间隙固溶体置换固溶体置换固溶体特点特点 置换固溶体：置换固溶体：A组元的原子取代了组元的原子取代了B组元的原子。组元的原子。 当当A、 B两个组元的原子直径相差不大时，两个两个组元的原子直径相差不大时，两个组元可以以任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则组元可以以任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则为有限固溶体。为有限固溶体。 在在置换固溶体置换固溶体中
11、，溶质原子位于溶剂晶体结构的中，溶质原子位于溶剂晶体结构的晶格格点上。晶格格点上。置换固溶体置换固溶体置换固溶体置换固溶体置换固溶体置换固溶体（a）随机置换固溶体）随机置换固溶体 （b）有序置换固溶体）有序置换固溶体特点特点间隙固溶体间隙固溶体 间隙固溶体：间隙固溶体：A组元溶入组元溶入B组元的间隙中。只能形组元的间隙中。只能形成有限固溶体。成有限固溶体。 例如：例如：C溶入溶入-Fe或或-Fe 所形成的铁素体、奥氏体所形成的铁素体、奥氏体。 在在间隙固溶体间隙固溶体中，溶质原子位于溶剂晶体结构的中，溶质原子位于溶剂晶体结构的晶格间隙。溶质原子在固溶体中的分布可以是随机的，晶格间隙。溶质原子在
12、固溶体中的分布可以是随机的，即呈统计分布；也可以是部分有序或完全有序，在完即呈统计分布；也可以是部分有序或完全有序，在完全有序固溶体中，异类原子趋于相邻，这种结构亦称全有序固溶体中，异类原子趋于相邻，这种结构亦称为超点阵或超结构。为超点阵或超结构。间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体随机间隙固溶体随机间隙固溶体固溶体中的溶质丛聚固溶体中的溶质丛聚 固溶体的电学、热学、磁学等物理性固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低
13、。组元，而塑性则较低。 合金中的固溶体合金中的固溶体合金中的固溶体合金中的固溶体实际应用：铂、铑单独做热电偶材料使用，实际应用：铂、铑单独做热电偶材料使用，熔点为熔点为1450，而将铂铑合金做其中的一，而将铂铑合金做其中的一根热电偶，铂做另一根热电偶，熔点为根热电偶，铂做另一根热电偶，熔点为1700，若两根热电偶都用铂铑合金而只，若两根热电偶都用铂铑合金而只是铂铑比例不同，熔点达是铂铑比例不同，熔点达2000以上。以上。 金属间化合物金属间化合物特点特点金属间化合物可分为三类，金属间化合物可分为三类，即由负电性决定的即由负电性决定的原子价化合物原子价化合物（简称价化合物）（简称价化合物）、由电
14、子浓度决定的、由电子浓度决定的电子化合物电子化合物（亦称为电子相）（亦称为电子相）以及由原子尺寸决定的以及由原子尺寸决定的尺寸因素化合物尺寸因素化合物。除了这三类由单一元素决定的典型金属间化合物外，除了这三类由单一元素决定的典型金属间化合物外，还有许多金属间化合物，还有许多金属间化合物，其结构由两个或多个因素决定，称之为复杂化合物。其结构由两个或多个因素决定，称之为复杂化合物。Now What Do You See?VacancyInterstitial晶体结构缺陷晶体结构缺陷缺陷的含义缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势：通常把晶体点阵结构中周期性势 场的畸变称为晶体的场的畸变称为晶体的
15、结构缺陷结构缺陷。理想晶体理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。：质点严格按照空间点阵排列。实际晶体实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。：存在着各种各样的结构的不完整性。 由于缺陷的存在，才使晶体表现出各种各样的由于缺陷的存在，才使晶体表现出各种各样的性质，使材料加工、使用过程中的各种性能得以有性质，使材料加工、使用过程中的各种性能得以有效控制和改变，使材料性能的改善和复合材料的制效控制和改变，使材料性能的改善和复合材料的制备得以实现。因此，了解缺陷的形成及其运动规律，备得以实现。因此，了解缺陷的形成及其运动规律，对材料工艺过程的控制，对材料性能的改善，对于对材料工艺过程的控制，对材料性能
16、的改善，对于新型材料的设计、研究与开发具有重要意义。新型材料的设计、研究与开发具有重要意义。研究缺陷的意义研究缺陷的意义缺陷的类型缺陷的类型热缺陷热缺陷杂质缺陷杂质缺陷非化学计量缺陷非化学计量缺陷缺陷的成因缺陷的成因晶体结构缺陷晶体结构缺陷点缺陷（零维缺陷）点缺陷（零维缺陷） Point Defect缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。缺陷的尺寸都很小。包括：包括：空位（空位（vacancy） 间隙质点（间隙质点（interstitial particle） 错位原子或离子错位原子或离子 外来原子或离子外来原子或离子（杂质质
17、点（杂质质点）（foreign particle） 双空位等复合体双空位等复合体点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。动力学过程等有关。 空位空位:-结构中存在空位原子。Vacancydistortion of planes 间隙质点间隙质点:-原子间存在特殊原子。发生概率高self-interstitialdistortion of planes发生概率低点缺陷（零维缺陷）点缺陷（零维缺陷） Point Defect点缺陷（零维缺陷）点缺陷（零维缺陷） Point DefectOR替位合金（Substitutional al
18、loy）(如： Cu in Ni)间隙合金（Interstitial alloy）(如： C in Fe)线缺陷线缺陷指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错位错（dislocation），），如如图图所示。所示。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。密切相关。 面缺陷面缺陷 面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想
19、晶体中的周期性、规则性排列而产生的偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。构等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 面缺陷的种类：面缺陷的种类：1. 刃型位错；刃型位错；2.螺型位错螺型位错面缺陷晶界面缺陷晶界n 晶界晶界: 晶界是两相邻晶粒间的过渡界面。由于相邻晶界是两相邻晶粒间的过渡界面。由于相邻晶粒间彼此位向各不相同，故晶界处的原子排列与晶晶粒间彼此位向各不相同，故晶
20、界处的原子排列与晶内不同，它们因同时受到相邻两侧晶粒不同位向的综内不同，它们因同时受到相邻两侧晶粒不同位向的综合影响，而做无规则排列或近似于两者取向的折衷位合影响，而做无规则排列或近似于两者取向的折衷位置的排列，这就形成了晶体中的重要的面缺陷。置的排列，这就形成了晶体中的重要的面缺陷。n 亚晶界亚晶界: 实验表明，在实际金属的一个晶粒内部晶实验表明，在实际金属的一个晶粒内部晶格位向也并非一致，而是存在一些位向略有差异的小格位向也并非一致，而是存在一些位向略有差异的小晶块（位向差一般不超过晶块（位向差一般不超过2)。这些小晶块称为亚结。这些小晶块称为亚结构。亚结构之间的界面称为亚晶界。构。亚结构
21、之间的界面称为亚晶界。面缺陷晶界面缺陷晶界 晶界示意图 亚晶界示意图面缺陷晶界面缺陷晶界 晶体在大于屈服值的切应力晶体在大于屈服值的切应力 作用下，以作用下，以ABCD面为滑移面为滑移面发生滑移。面发生滑移。EF是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错（或棱位错）。犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错（或棱位错）。n几何特征：位错线与原子滑移方向相垂直；滑移面上部位几何特征：位错线与原子滑移方向相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部
22、位错线周围原子受张应力作用，原子间距大于滑移面下部位错线周围原子受张应力作用，原子间距大于正常晶格间距。正常晶格间距。n分类：正刃位错，分类：正刃位错， “ ” ；负刃位错，；负刃位错， “T” 。符号中水。符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。面缺陷刃型位错面缺陷刃型位错面缺陷刃型位错面缺陷刃型位错 G H E F刃型位错示意图：刃型位错示意图：(a)立体模型立体模型;(b)平面图平面图 晶体局部滑移造成的刃型位错晶体局部滑移造成的刃型位错面缺陷螺型位错面缺陷螺型位错 晶体在外加切应力晶体在外加切应力 作用下，沿作用下，沿ABCD面滑移，图面滑移
23、，图中中EF线为已滑移区与未滑移区的分界处。由于位错线周线为已滑移区与未滑移区的分界处。由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。螺位错。n几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。原子的配置是螺旋状的。n分类：有左、右旋之分，分别以符号分类：有左、右旋之分，分别以符号“ ”和和“ ”表表示。其中小圆点代表与该点垂直的位错，旋转箭头表示示。其中小圆点代表与该点垂直的位错，旋转箭头表示螺旋的旋转方向。它们之间符合左手、右手螺旋定则。螺旋的旋转方向。
24、它们之间符合左手、右手螺旋定则。面缺陷螺型位错面缺陷螺型位错 螺型位错示意图螺型位错示意图: :（a a）立体模型）立体模型 ；（b b）平面图）平面图CBADABCD(a )(b)螺型位错示意图螺型位错示意图金属材料的性能包括金属材料的性能包括使用性能使用性能和和工艺性能工艺性能两个方面：两个方面： (1) 使用性能，指金属材料适应各种使用条件的能力，使用性能，指金属材料适应各种使用条件的能力，它包括它包括物理性能、化学性能、机械性能物理性能、化学性能、机械性能等。金属材料的使等。金属材料的使用性能决定了其应用范围、安全可靠性和使用寿命等。用性能决定了其应用范围、安全可靠性和使用寿命等。 (
25、2) 工艺性能，指金属材料适应各种冷、热加工工艺工艺性能，指金属材料适应各种冷、热加工工艺的能力，它包括的能力，它包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能以及热处理性能削加工性能以及热处理性能等。等。金属材料的性能金属材料的性能金属材料的力学性能金属材料的力学性能 金属材料的力学性能又称机械性能，金属材料的力学性能又称机械性能，是材料在力的作用下所表现出来的性能。是材料在力的作用下所表现出来的性能。力学性能对金属材料的使用性能和工艺力学性能对金属材料的使用性能和工艺性能有着非常重要的影响。金属材料的性能有着非常重要的影响。金属材料的主要力学性能有：
26、强度、塑性、硬度、主要力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。韧性、疲劳强度等。金属材料的力学性能金属材料的力学性能测试方法和仪器测试方法和仪器 金属材金属材料的强度和料的强度和塑性是通过塑性是通过拉伸试验测拉伸试验测定出来的。定出来的。实验样件实验样件(b)矩形截面标准试件矩形截面标准试件(截面积为截面积为A）：）： AlAl65. 5,3 .1100标距标距l0(a)圆截面标准试件：圆截面标准试件：l0=10d0 ， l0=5d0标距标距l0d0压缩试件常采用圆形截面或方形截面的短试压缩试件常采用圆形截面或方形截面的短试件。试件高度与截面尺寸的比例关系为件。试件高度与截面尺寸的比例
27、关系为圆形截面试件：圆形截面试件：l0 /d0 =1.5 3 ；方形截面试件：方形截面试件：l0 /b =1 3 。1强度强度 强度强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。强度有多种判据，工程上以屈服点和抗拉强度最的能力。强度有多种判据，工程上以屈服点和抗拉强度最为常用。为常用。(1)屈服点屈服点 ：它是指拉伸试样产生屈服现象时的应力。它：它是指拉伸试样产生屈服现象时的应力。它可按下式计算：可按下式计算：Fs试样发生屈服时所承受的最大载荷，试样发生屈服时所承受的最大载荷，N；Ao试样原始截面积，试样原始截面积，mm2 。抗拉强度：指金属材
28、料在拉断前所能承受的抗拉强度：指金属材料在拉断前所能承受的最大应力，以最大应力，以bb表示。它可按下式计算：表示。它可按下式计算：Fb试样在拉断前所承受的最大载荷，试样在拉断前所承受的最大载荷，N；Ao试样原始截面积，试样原始截面积，mm2 。2抗拉强度抗拉强度3塑性塑性塑性塑性是指金属材料产生塑性变形而不被破是指金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力，通常以伸长率来表示：坏的能力，通常以伸长率来表示：lo试样原始标距长度，mm；L1试样拉断后的标距长度，mm。=L1-loloX100% 必须指出，伸长率的数值与试样尺寸有关，必须指出，伸长率的数值与试样尺寸有关，因而试验时应对所选定的试样尺寸作
29、出规定，以因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较如便进行比较如lo =10dolo =10do时，用时，用 1010或或 表示；表示； lo =5dolo =5do时，用时，用 55表示。表示。金属材料的塑性也可用断面收缩率表示：=A0-A1A0X100% Ao试样的原始截面积，mm2 ； A1试样拉断后，断口处截面积，mm2 。 和和值愈大，材料的塑性愈好。良好值愈大，材料的塑性愈好。良好的塑性不仅是金属材料进行轧制、锻造、的塑性不仅是金属材料进行轧制、锻造、冲压、焊接的必要条件，而且在使用时万冲压、焊接的必要条件，而且在使用时万一超载，由于产生塑性变形，能够避免突一超载，由于
30、产生塑性变形，能够避免突然断裂。然断裂。4. 硬硬 度度 金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力，金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力，称为称为硬度硬度。硬度是衡量金属软硬的判据。硬度直接影响到材。硬度是衡量金属软硬的判据。硬度直接影响到材料的耐磨性及切削加工性，因为机械制造中的刃具、量具、料的耐磨性及切削加工性，因为机械制造中的刃具、量具、模具及工件的耐磨表面都应具有足够高的硬度，才能保证其模具及工件的耐磨表面都应具有足够高的硬度，才能保证其使用性能和寿命。若所加工的金属坯料的硬度过高时，则给使用性能和寿命。若所加工的金属坯料的硬度过高时，则给切削加工带来困难。显然，硬
31、度也是重要的力学性能指标，切削加工带来困难。显然，硬度也是重要的力学性能指标，应用十分广泛。应用十分广泛。 金属材料的硬度是在硬度计上测定的。常用的有金属材料的硬度是在硬度计上测定的。常用的有布氏硬度布氏硬度法法和和洛氏硬度法洛氏硬度法，有时还采用，有时还采用维氏硬度法维氏硬度法。4.1 布氏硬度布氏硬度(HB)以直径为以直径为D的淬火钢球或硬的淬火钢球或硬质合金球为压头，在载荷质合金球为压头，在载荷F的静压力下，将压头压人的静压力下，将压头压人被测材料的表面被测材料的表面(图图13a)；停留若干秒后，卸去载荷停留若干秒后，卸去载荷(图图13b)。然后，采用带。然后，采用带刻度的专用放大镜测出
32、压刻度的专用放大镜测出压痕直径痕直径d，并依据，并依据d的数值的数值从专门的硬度表格中查出从专门的硬度表格中查出相应的相应的HB值。值。 4.2 洛氏硬度洛氏硬度(HR) 洛氏硬度的测试原理洛氏硬度的测试原理是以顶角为是以顶角为120金刚石金刚石圆锥体圆锥体(或或 1.588mm淬火钢球淬火钢球)为压头，在规为压头，在规定的载荷下，垂直地压人定的载荷下，垂直地压人被测金属表面，卸载后依被测金属表面，卸载后依据压人深度，由刻度盘上据压人深度，由刻度盘上的指针直接指示出的指针直接指示出HR值值(图图14)。5、疲劳强度、疲劳强度 机械上的许多零件，如曲轴、齿轮、连杆、弹机械上的许多零件，如曲轴、齿
33、轮、连杆、弹簧等是在周期性或非周期性动载荷簧等是在周期性或非周期性动载荷(称为疲劳载荷称为疲劳载荷)的作用下工作的。这些承受疲劳载荷的零件发生的作用下工作的。这些承受疲劳载荷的零件发生断裂时，其应力往往大大低于该材料的强度极限，断裂时，其应力往往大大低于该材料的强度极限，这种断裂称作疲劳断。这种断裂称作疲劳断。金属材料所承受的疲劳应力金属材料所承受的疲劳应力()与其断裂前的应力循环次数与其断裂前的应力循环次数(N)，具有图具有图15所示的疲劳曲线关所示的疲劳曲线关系。当应力下降到某值之后，系。当应力下降到某值之后，疲劳曲线成为水平线，这表示疲劳曲线成为水平线，这表示该材料可经受无数次应力循环该
34、材料可经受无数次应力循环而仍不发生疲劳断裂，这个应而仍不发生疲劳断裂，这个应力值称为疲劳极限或疲劳强度，力值称为疲劳极限或疲劳强度，亦即金属材料在无数次循环载亦即金属材料在无数次循环载荷作用下不致引起断裂的最大荷作用下不致引起断裂的最大应力。应力。 产生疲劳断裂的原因，一般认为是由于材料产生疲劳断裂的原因，一般认为是由于材料含有杂质、表面划痕及其它能引起应力集中的缺陷，含有杂质、表面划痕及其它能引起应力集中的缺陷，导致产生微裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增导致产生微裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，致使零件有效截面逐步缩减，直至加而逐渐扩展，致使零件有效截面逐步缩减，直至不能承
35、受所加载荷而突然断裂。不能承受所加载荷而突然断裂。 为了提高零件的疲劳强度，除应改善其结构为了提高零件的疲劳强度，除应改善其结构形状、减少应力集中外，还可采取表面强化的方形状、减少应力集中外，还可采取表面强化的方法，如提高零件的表面质量、喷丸处理、表面热法，如提高零件的表面质量、喷丸处理、表面热处理等。同时，应控制材料的内部质量，避免气处理等。同时，应控制材料的内部质量，避免气孔、夹杂等缺陷。孔、夹杂等缺陷。力一伸长曲线力一伸长曲线 1. 在开始的在开始的Fd阶段，载荷阶段，载荷F与伸长量与伸长量l l为线性关为线性关系，并且，去除载荷，试样将恢复到原始长度。系，并且，去除载荷，试样将恢复到原
36、始长度。在此阶段试样的变形称为弹性变形。在此阶段试样的变形称为弹性变形。2. 载荷超过载荷超过Fe之后，试样除发生弹性变形外还将之后，试样除发生弹性变形外还将发生塑性变形。发生塑性变形。3. 当载荷增大到当载荷增大到Fe之后，拉伸图上出现了水平线之后，拉伸图上出现了水平线段，这表示载荷虽未增加，但试样继续发生塑段，这表示载荷虽未增加，但试样继续发生塑性变形而伸长，这种现象称为性变形而伸长，这种现象称为“屈服屈服”，s点称点称为屈服点。为屈服点。4、当载荷超过、当载荷超过Fb以后，试样上某部分开始变以后，试样上某部分开始变细，出现了细，出现了缩颈缩颈”，由于其截面缩小，使，由于其截面缩小，使继续变形所需载荷下降。继续变形所需载荷下降。5、载荷到达、载荷到达Fk时，试样在缩颈处断裂时，试样在缩颈处断裂。The End
