2、度求出材料的硬度。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）120kg以内的载荷和顶角为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HV值（kgf/mm2）。媲fffjfjfjfjIIIIffIIIIfjffIII*I*fjfjfjflffI*ffI*ffI*
3、ffI*IIIIIIIIIIIIIIIIfjfjfjfjfjflfjfffjIIffffflfffffjfffffjIIIIIIIII*ffIII*fjfjfffjfjflfjfjfjfjfjfjI*fjfjfjffflffIII*ffIIIII*ffIII*fjffJJ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、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1.588
4、mm（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相同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。HHffffIIIIIIIIffI*ffffIII*ffffI*IIff
5、ffffIIffIIffIIIIIIffHHHHHliHHHHHHIIffffffffffffffffffffffIIIIIIIIIIIIffIIffIIIIIIIIffffffIIffffI*ffI*ffI*IIIIffffIIffffffffffIIIIffI*ffItn根据德国标准DIN50150,以下是常用范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。抗拉强度维氏硬度HV布氏硬度HB洛氏硬度HRCRmN/mm2一2508076.0-2
6、708580.7-2859085.2-3059590.2-32010095.0-厂33510599.8-350110105-370115109-380120114-400125119-r415130124-430135128-450140133-465145138-1480150143-厂490155147-510160152-530165156-545170162-560175166-575180171-595185176-|610190181-625195185-640200190-660205195-I675210199-690215204-705220209-720225214-740
7、230219-755235223-77024022820.378524523321.380025023822.282025524223.1183526024724.085026525224.886527025725.688027526126.490028026627.191528527127.893029027628.595029528029.296530028529.899531029531.0103032030432.2106033031433.3匚109534032334.4112535033335.5111536034236.6119037035237.7122038036138.81
8、25539037139.8129040038040.8132041039041.8135042039942.7138543040943.6142044041844.5145545042845.3148546043746.1152047044746.91555480(456)47.71595490(466)48.41630500(475)49.11665510(485)49.81700520(494)50.51740530(504)51.11775540(513)51.71810550(523)52.31845560(532)53.01880570(542)53.61920580(551)54.
9、11955590(561)54.71995600(570)55.2_2030610(580)55.72070620(589)56.32105630(599)56.82145640(608)57.32180650(618)57.866058.367058.868059.269059.770060.172061.074061.876062.578063.384065.380064.082064786065.966488090067.092094067.568.0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，生较准确的硬度和强度的换算关系。实践证明，金属材料
10、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。因为硬度值是由起产上需要一个比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试验测得。时，仍需要通过硬度换算公式1肖氏硬度（HS尸勃式硬度（BHN）/10+122肖式硬度（HS尸洛式硬度（HRC）+153制式硬度（BHN尸洛克式硬度（HV）4#式硬度（HRC尸勃式硬度（BHN）/10-3硬度测定轮阐：HS<100HB<500HRC<70HV<1300洛氏硬度布氏硬度HB10/30
11、00维氏硬度HVHRCHRA59.580.767659.080.566658.580.265558.080.064557.579.763557.079.562556.579.261556.078.960555.578.659655.078.453858754.578.153257854.077.952656953.576.652056053.076.351555152.576.150954352.076.950353551.576.649752750.576.148651250.075.8480504HVHRCHBSHV硬度换算表HRCHBSHVHRCHBS940685605330029.82
12、8492067.555052.350529529.22809006754051.749629028.527588066.453051.148828527.827086065.952050.548028027.126584065.351049.847327526.426182064.750049.146527025.62568006449048.445626524.825278063.348047.74482602424776062.547046.944125523.124374061.846046.143325022.22387206145045.342524521.323370060.144
13、044.541524020.322869059.743043.64052301868059.242042.739722015.767058.841041.838821013.466058.340040.83792001165057.839039.83691908.564057.3138038.8360180663056.837037.7350170362056.336036.6341160061055.735035.533160055.234034.432259054.733033.331358054.132032.230357053.631031294G钢的硬度值换算（续）表1钢的维氏硬度（
14、HV与其他硬度和强度的近似换算值a（续）布氏硬度一10mm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抗拉强度维（近似值）维氏鸭氏氏A.标尺标尺标标尺Mpa硬度硬尺15-N30-N45-N硬硬标质合钢球60-kg负荷100-kg100-kg100-kg标尺标尺标尺度(1000Psi)度准钢球金刚圆锥压头负荷金刚圆锥压头负荷金刚圆锥压头负荷金刚圆锥压头15kg负荷30kg负荷45-kg负荷HVHBSHBWHRAHRBHRCHRDHR15NHR30NHR45NHS(TbHV1234567891011121337035035069.2一37.753.679.257.440.
15、4一1170(170)37036034134168.7(109.0)36.652.878.656.439.1501130(164)36035033133168.1一35.551.978.055.437.8一1095(159)35034032232267.6(108.0)34.451.177.454.436.5471070(155)34033031331367.0一33.350.276.853.635.2一1035(150)33032030330366.4(107.0)32.349.476.252.333.9451005(146)32031029429465.8一31.048.475.651.3
16、32.5一980(142)31030028428465.2(105.5)29.847.574.950.231.142950(138)30029528028065.8一29.247.174.649.730.4一935(136)29529027527564.5(104.5)28.546.574.249.029.541915(133)29028527027064.2一27.846.073.848.428.7一905(131)28528026526563.8(103.5)27.145.373.447.827.940890(129)28027527026125626125663.563.1(102.0)
17、26.425.644.944.373.072.647.246.427.126.238875(127)855(124)27527026525225262.7一24.843.772.145.725.2一840(122)26526024724762.4(101.0)24.043.171.645.024.337825(120)26025524324362.0一23.142.271.144.223.2一805(117)25525023823861.699.522.241.770.643.422.236795(115)25024523323361.2一21.341.170.142.521.1780(113
18、)2453424022822860.798.120.340.369.641.719.9765(111)2403323021921996.7(18.0)一一一一730(106)2303222020920995.0(15.7)30695(101)220210200200一93.4(13.4)一一一一29670(97)210200190190181190181一91.589.5(11.0)(8.5)一一一一2826635(92)605(88)20019018017117187.1(6.0)25580(84)18017016216285.0(3.0)24545(79)170160152152一81.7
19、(0.0)一一一一22515(75)160150143143一78.7490(71)1502114013313375.0一一一一一455(66)140130124124J71.2一一一一一20425(62)130120114114一66.7一一一一一390(57)120110105105一62.3一一一一一一1101009595一56.2一一一一一一100959090一52.0一一一一一一95908686一48.0一一一一一一9085818141.0一一一一一一85a）在本表中用黑体字表示的值与按ASTWE140表1的硬度转换值一致，由相应的SAE-ASWASTM联合会列出的。b）括号里的数值
20、是超出范围的，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二(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范围内，该公式在现场用起来十
23、长度上的伸长量P,为消除试件尺寸对材料性能的影响，分别以应力1/0）来代替P和得到应力一一应变图Z（即单位面积上的1）弹性阶段oeZe弹性极限2）屈服阶段：过e点至水平段右端Zs塑性极限，s屈服点过s点水平段一一说明载荷不增加，式样仍继续伸长。（P一定，Z=P/F定，但真实应力P/F1f因为变形，F1J）发生永久变形3）强化阶段：水平线右断至b点Pf变形fZb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，试样某一局部范围内横向尺寸突然急剧缩小。缩颈II（试样横截面变小，拉力J）4延伸率和断面收缩率
25、;=tga2几何尺寸形状受力形状尺寸同时考虑疑要考虑受相同材料的E相同，但尺寸不同，则其刚度也不同？所以考虑材料刚度时要把力情况？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Z+抗压强度Z抗弯弓虽度Zw抗剪强度n抗扭强度Z常用来表示金属材料强度的指标：屈服强度：（PaN/m2）Ps-产生屈服时最大外力，Fo-原截面抗拉强度（PaN/m2）Pb-断裂前最大应力.ZsZb在设计机械和选择评定材料时有重要意义咽金属材料不能在超过z的条件下工作，否则会塑变福过Zb工作，机件会断裂？Z-Zb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内的能力一是
27、后，测其深度可在硬度计上直接读出，无单位.不同压头应用范围不同如下表:HRBd=1.588淬火钢球980.7HRCHRA120。金刚石圆锥1471588.4退火钢灰铁有色金属淬火回火件硬质合金碳化物优点：易操作，压痕小，适于薄件，成品件缺点:压痕小，代表性不全面需多测几点？*硬度与强度有一定换算关系，故应用广泛？艮据硬度可近似确定强度，如灰铁：bZIHBS3显微硬度（Hm）用于测定金属组织中个别组成体，夹杂物等硬度？显微放大测量显微硬度（查表）与HR有对应关系领口:磨削烧伤表面，看烧伤层硬度变化？五冲击韧性ak材料抵抗冲击载荷的能力标准试样一次击断用试样缺口处单位截面积上的冲击功来表常
28、用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性akak=Ak/F（J/m）Ak=G（H-h）G-重量F-缺口截面脆性材料一般不开口，因其冲击值低，难以比较差别.1a"冲击韧性愈好.2Ak不直接用于设计计算：在生产中，工件很少因受一次大能量冲击载荷而破坏，多是小冲击载荷，多次冲击引起破坏，而此时，主要取决于强度，故设计时，ak只做校核.3ak对组织缺陷很敏感，能够灵敏地反映出材料品质，宏观缺陷，纤维组织方面变化.所以，冲击试验是生产上用来检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。（微裂纹应力集中冲击裂纹扩展）六疲劳强度：问题提出：许多零件如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等在交变载荷作用下，
29、发生断裂时的应力远低于该材料的屈服强度，这种现象一一疲劳破坏。据统计，80%机件失效是由于疲劳破坏。疲劳强度当金属材料在无数次交变载荷作用下而不致于引起断裂的最大应力。1疲劳曲线交变应力与断裂前的循环次数N之间的关系。例如：纯弯曲，有色金属N108钢材N>107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，化学及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
30、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？3Z.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
31、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，金刚石一晶体玻璃松香沥青一非晶体晶格：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-8晶格常数：晶胞中各棱边的长度（及夹角），以A（1A=10cm）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体心立方品格：Cr,W）-FaMo,V等，特点：强度大，塑性较好，
32、原子数：1/8X820多种+1=22面心立方晶格：CuAgAuNiAlPbYFe塑性好原子数:420多种4密排六方晶格：MgZnBe0Cr-TiCd（镉）82纯铁在室温高压（130x10N/M）成&尸原子数=1/6X12+1/2x2+3=6,30多种三多晶结构单晶体-晶体内部的晶格方位完全一致多晶体一许多晶粒组成的晶体结构各项同性.晶粒一外形不规则而内部晶各方位一致的小晶体晶界一晶粒之间的界面.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：液态金属中一些外来高熔点固态微质点晶核
34、以铁为例:孑e（1394C）-Fe（912C）伏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物质组元:组成合金的基本物质如化学元素（黄铜:二元）金属化合物相:在金属或合金中，具有相同成分且结构相同的均匀组成部分相与相之间有明显的界面.如:纯金属一一个相，温度升高到熔点，液固两相.合金液态组元互不溶，几个组元，几个相固体合金中的基本相结构为固溶体和金属化合物，还可能出现由固溶体和金属化合物组成的混合物。二合金结构1固溶体溶质原子溶入溶剂
35、晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。根据溶质在溶剂晶格中所占的位置不同，分为：1）置换固溶体溶质原子替代溶剂原子而占据溶剂晶格中的某些结点位置，所形成的固溶体。*溶质原子，溶剂原子直径相差不大时，才能置换如：CuZnZn溶解度有限。CuNi溶解度无限晶格畸变一一固溶强化：畸变时塑性变形阻力增加，强，硬增加。这是提高合金机械性能的一个途径。2）间隙固溶体溶质原子嵌入各结点之间的空隙，形成固溶体。溶质原子小，与溶剂原子比为0.59。溶解度有限。也固溶强化。2金属化合物合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属性质，可用分子式表示的物质。如Fe3CWC特点：（1）较高熔点、较大脆性、较高
39、衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金的成分，温度与组织之间关系，是研究钢铁的成分，自治和性能之间关系的基础，也是制定热加工工艺的基础含C>6.69在工业上午实际意义,而含C6.69%时,Fe与C形成Fe3C,故可看成一个组元,即铁碳合金状态图实际为Fe-Fe3c的状态图.一铁碳合金状态图中点线面的意义1各特性点的含义1)A纯铁熔点含C：0%1538C2)C共晶点4.3%11483)D4)E5)FFe3C熔点6.69C在A中最大溶解度FeaC成分点6.696)Gae与YFe转变点0%7)KFe3C成分点6.698)PC在aFe中最大溶解度9)S共析点0.7716002.111148114
40、89127270.0272772710)Q:C在a-Fe中溶解度0.0008室温2主要线的意义1)ACD:液相线，液体冷却到此线开始结晶2)AECF:固相线此线下合金为固态3)ECF:生铁固相线，共晶线，液体一Ld4)AE:钢的固相线，液态到此线一A5)GS:iiasIIA到此线开始析出F6)ES:IIAmlA到此线开始析出FesS7)PSK:|Ai共析线.A同时析出P(F+FesC)3主要区域1)ACE:两相区L+A2)DCF:两相区L+FesCi3)AESG:单相区A4)GPS:A+F两相区钢铁分类1工业纯铁：含C<0.0218%组织:F2钢:含碳:0.02182.11
42、材：共晶点附近铸造性能好2锻造锻造温度区间A3焊接焊接缺陷用热处理改善根据状态图制定热处理工艺3钢的分类和应用按化学成分：碳钢：<2.11%C少量SiMnSP等杂质合金钢：加入一种或几种合金元素碳辛冈1含碳量对碳钢性能的影响<0.9%CCf强，硬f塑，韧JFeC强化相>0.9%CCfMf,强，塑，韧jFe（分布品界，脆性f2钢中常见杂质对性能的影响Si：溶于F,强化F,强，硬f塑，韧J含量<0.030.4%有益作用不明显（FeS+Fe）共晶体熔点985C，分布晶界，引起脆性热脆IIP：溶于F,是强度，硬度f但室温塑性）韧性一冷脆II3碳钢的分类1）按含碳量分低碳钢&
43、lt;0.25%C中碳钢：0.250.6%C,高碳钢>0.6%C2）按质量分（含S,P多少分）普通钢S<=0.055%,P<=0.045%优质钢S,P<=0.04%高级优质钢S<=0.03%P<=0.035%3）按用途分碳素结构钢，碳素工具钢>0.6%C4碳钢的编号和用途1）普通碳素结构钢：Q235数字表示屈服强度单位Mpa2）优质碳素结构钢正常含锰量的优质碳素结构钢：0.250.8%Mn较高含锰量0.150.6%C0.71.0%Mn,>0.6%C0.91.2%Mn0810152025强J塑f冲压件焊件30354045505560强1硬
44、f弹簧,轴，齿轮耐磨件6570758085耐磨件数字表示含C万分8之几3）碳素工具钢T7T8T13数字表示含C千分之几局级优质钢加A含Mn图，加MnTsMnA二合金钢常加合金元素：MnSiCrNiMoWVTiB（硼）稀土元素（Xt）等1合金结构钢数+兀素符号+数表示数一含碳万分之几，符号一合金元素，符号后面数表示含合金%,<1.5%不标，=1.5%标2若为高级优质钢，后加A如：60Si2Mn0.6%C,2%Si<1.5%Mn18Cr2Ni4WA0.18%C,2%Cr,4%Ni,<1.5%W高级优质应用：工程结构件，机械零件主要包括：低合金钢，合金渗碳钢，合金调质钢，合金弹
45、簧钢，滚动轴承钢等2合金工具钢：数+元素符号+数与结构钢同数一一位数，含C千分之几，含0=1.0%不标如：9SiCr（板牙，丝锥）0.9%C<1.5%Si<1.5%CrCrWMn（长铰刀，丝锥，拉刀，精密丝杠）*高速钢含C<1.0也不标W18Cr4V0.70.8%C,18%W,4%Cr,<1.5%V应用：刃具,模具,量具等3特殊性能钢不锈钢：1Cr131Cr18Ni9Ti等耐热钢：1Cr132Cr13>400C工作耐磨钢：高锰钢水韧处理，冲击下工作，表面产生加工硬化并有马试体在滑移面形成，表面硬度达HB450550,表面耐磨，心部为A.水韧处理：钢加热到临界点