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2、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)以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以载荷值，即为维氏硬度hv值(kgf/mm2)。#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
3、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1.588mm(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
4、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。#二、硬度对照表：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rmn/mm2维氏硬度hv布氏硬度hb洛氏硬度hrc2508076.0-2708580.7-2859085.2-3059590.2-32010095.0-33510599.8-350110105-370115109-380120114-400125119-4
5、15130124-430135128-450140133-465145138-480150143-490155147-510160152-530165156-545170162-560175166-575180171-595185176-610190181-625195185-640200190-660205195-675210199-690215204-705220209-720225214-740230219-755235
6、223-77024022820.378524523321.380025023822.282025524223.183526024724.085026525224.886527025725.688027526126.490028026627.191528527127.893029027628.595029528029.296530028529.899531029531.0103032030432.2106033031433.3109534032334.41
7、12535033335.5111536034236.6119037035237.7122038036138.8125539037139.8129040038040.8132041039041.8135042039942.7138543040943.6142044041844.5145545042845.3148546043746.1152047044746.91555480(456)47.71595490(466)48.41630500(475)49.1166551
8、0(485)49.81700520(494)50.51740530(504)51.11775540(513)51.71810550(523)52.31845560(532)53.01880570(542)53.61920580(551)54.11955590(561)54.71995600(570)55.22030610(580)55.72070620(589)56.32105630(599)56.82145640(608)57.32180650(618)57.866058.
9、367058.868059.269059.770060.172061.074061.876062.578063.380064.082064.784065.386065.988066.490067.092067.594068.0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，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。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
10、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时，仍需要通过试验测得。三、硬度換算公式1.肖氏硬度(hs)=勃式硬度(bhn)/10+122.肖式硬度(hs)=洛式硬度(hrc)+153.勃式硬度(bhn)=洛克式硬度(hv)4.洛式硬度(hrc)=勃式硬度(bhn)/10-3硬度測定範圍:hs100hb500hrc70hv1300洛氏硬度布氏硬度hb10/3000维氏硬度hvhrchra59.580.767659.080.566658.580.265558.080.064557.579.763557.079.562556.57
11、9.261556.078.960555.578.659655.078.453858754.578.153257854.077.952656953.576.652056053.076.351555152.576.150954352.076.950353551.576.649752751.076.349252050.576.148651250.075.8480504硬度換算表hvhrchbshvhrchbshvhrchbs940685605330029.828492067.555052.350529529.22809006754051.749629028.527588066.453051.1488
12、28527.827086065.952050.548028027.126584065.351049.847327526.426182064.750049.146527025.62568006449048.445626524.825278063.348047.74482602424776062.547046.944125523.124374061.846046.143325022.22387206145045.342524521.323370060.144044.541524020.322869059.743043.64052301868059.242042.739722015.767058.8
13、41041.838821013.466058.340040.83792001165057.839039.83691908.564057.338038.8360180663056.837037.7350170362056.336036.6341160061055.735035.533160055.234034.432259054.733033.331358054.132032.230357053.631031294附录g钢的硬度值换算（续）表1钢的维氏硬度（hv）与其他硬度和强度的近似换算值a（续）维氏硬度布氏硬度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氏硬度
14、抗拉强度（近似值）mpa(1000psi)维氏硬度标准钢球钨硬质合金钢球a.标尺60-kg负荷金刚圆锥压头标尺100-kg负荷金刚圆锥压头标尺100-kg负荷金刚圆锥压头标尺100-kg负荷金刚圆锥压头15-n标尺15kg负荷30-n标尺30kg负荷45-n标尺45-kg负荷hvhbshbwhrahrbhrchrdhr15nhr30nhr45nhsbhv123456789101112133703603503403303203103002952902852802752702652602552502452402302202102001901801701601501401301201
15、10100959085350341331322313303294284280275270265261256252247243238233228219209200190181171162152143133124114105959086813503413313223133032942842802752702652612562522472432382332282192092001901811711621521431331241141059590868169.268.768.167.667.066.465.865.265.864.564.263.863.563.162.762.462.061.661.
16、260.7(109.0)(108.0)(107.0)(105.5)(104.5)(103.5)(102.0)(101.0)99.598.196.795.093.491.589.587.185.081.778.775.071.266.762.356.252.048.041.037.736.635.534.433.332.331.029.829.228.527.827.126.425.624.824.023.122.221.320.3(18.0)(15.7)(13.4)(11.0)(8.5)(6.0)(3.0)(0.0)53.652.851.951.150.249.448.447.547.146.
17、546.045.344.944.343.743.142.241.741.140.379.278.678.077.476.876.275.674.974.674.273.873.473.072.672.171.671.170.670.169.657.456.455.454.453.652.351.350.249.749.048.447.847.246.445.745.044.243.442.541.740.439.137.836.535.233.932.531.130.429.528.727.927.126.225.224.323.222.221.119.95047454241403837363
18、433323029282625242221201170(170)1130(164)1095(159)1070(155)1035(150)1005(146)980(142)950(138)935(136)915(133)905(131)890(129)875(127)855(124)840(122)825(120)805(117)795(115)780(113)765(111)730(106)695(101)670(97)635(92)605(88)580(84)545(79)515(75)490(71)455(66)425(62)390(57)3703603503403303203103002
19、95290285280275270265260255250245240230220210200190180170160150140130120110100959085a）在本表中用黑体字表示的值与按astme140表1的硬度转换值一致，由相应的saeasmastm联合会列出的。b）括号里的数值是超出范围的，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
20、，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=（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分方便，您不妨试一试。附录：金属工艺学金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科.主要内容:1常用金属材料性能2各种工艺方法本身的规律性及应用.3金属机件的加工工艺过程、结构工艺性。热加工：金属材料、铸造、压力加工、焊接目的、任务：使学生了解常用金属材料的性质及其
22、变形而不至于引起破坏的性能。（金属之间的连续性没破坏）塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。3拉伸图金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。以低碳钢为例bkse（l）将金属材料制成标准式样。在材料试验机上对试件轴向施加静压力p，为消除试件尺寸对材料性能的影响，分别以应力（即单位面积上的拉力4p/d2）和应变（单位长度上的伸长量l/l0）来代替p和l，得到应力应变图1）弹性阶段oee弹性极限2）屈服阶段：过e点至水平段右端s塑性极限，s屈服点过s点水平段说明载荷不
23、增加，式样仍继续伸长。（p一定，=p/f一定，但真实应力p/f1因为变形，f1）发生永久变形3）强化阶段：水平线右断至b点p变形b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”（试样横截面变小，拉力）4延伸率和断面收缩率：表示塑性大小的指针1）延伸率：=l0式样原长，l1拉深后长2）断面收缩率：f0原截面，f1拉断后截面*1）、越大，材料塑性越好2）与区别：拉伸图中=弹+塑，=mas塑3）一般5%为塑性材料，5%为脆性材料。5条件屈服极限0。2有些材料在拉伸图中没有明
24、显的水平阶段。通常规定产生0.2塑性变形的应力作为屈服极限,称为条件屈服极限.二刚度金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力1材料本质弹性模量在弹性范围内,应力与应变的比值.其大小主要决定材料本身.相当于单位元元变形所需要的应力.=,=/=tg2几何尺寸形状受力相同材料的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e形状尺寸同时考虑.还要考虑受力情况.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+抗压强度-抗弯强度w抗剪强度b抗扭强度n常用来表示金属材料强度的指标:屈服强度:(pan/m
26、积.hbs压头用淬火钢球,hbw压头用硬质合金球l因钢球存在变形问题,不能测太硬的材料,适于hbs107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
27、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30.2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
28、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,金刚石晶体玻璃,松香沥青非晶体晶格: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晶格常数:晶胞中各棱边的长度(及夹角),以a(1a=10-8cm)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体心立方晶格:cr,w,-fe,mo,v等,特点:强度大,塑性较好
29、,原子数:1/8x8+1=220多种2面心立方晶格:cuagaunialpb-fe塑性好原子数:420多种4密排六方晶格:mgznbe-cr-ticd(镉)纯铁在室温高压(130x108n/m2)成-fe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.多晶体许多晶粒组成的晶体结构.各项同性.晶粒外形不规则而内部晶各方位一致的小晶体.晶界晶粒之间的界面.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
31、二次结晶重结晶)同素异构性一种金属能以几种晶格类型存在的性质.同素异购转变金属在固体时改变其晶格类型的过程.如:铁锡锰钛钴以铁为例:-fe(1394)-fe(912)-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:纯金属一个相,温度升高到熔点,液固
32、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
33、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、较高硬度。（2）在合金中作强化相，提高强度、硬度、耐磨性，而塑性、韧性下降，如wc、tic。可通过调整合金中的金属化合物的数量、形态、分布来改变合金的性能3机械混合物固溶体+金属化合物、固+固综合性能4二元合金状态图的构成合金系：由给定的组元可以配制成一系列成分含量不同的合金，这些合金组成一个合金系统为研究合金系的合金成分、温度、结晶组织之间的变化规律、建立合金状态图来描述。
34、合金状态图合金系结晶过程的简明图解。实质：温度成分作标图，是在平衡状态下（加热冷却都极慢的条件下）得到的。二、二元合金状态图的建立以pb（铅）-sb（锑）合金为例：1配置几种pb-sb成分不同的合金。2做出每个合金的冷却曲线3将每个合金的临界点标在温度成分坐标上，并将相通意义的点连接起来，即得到pb-sb合金的状态图。abdce液相线：acb固相线：dce单相区：只有一个相。两相区：两个相。acd、bce。c共晶点*作业：第三章铁碳合金1铁碳合金的基本组织液态：fe、c无限互溶。固态：固溶体金属化合物t1538-fe+c铁素体f
35、1394-fe+c奥氏体a912-fe+c铁素体fs一铁素体碳溶于-fe形成的固溶体铁素体f体心立方，显微镜下为均匀明亮的多边形晶粒。性能：韧性很好（因含c少），强、硬不高。=4550%，hbs=b=250mpa含碳：727，0.02%二奥氏体碳溶于-fe中形成的固溶体“a”面心立方,显微镜下多边形晶粒,晶界较f平直.性能:塑性好,压力加工所需要组织.含碳最高;1147,2.11%hbs=170220三渗碳体金属化合物fe3c复杂晶格,含碳:6.69%.性能:硬高hb(sw)800,脆,作强化相.在一定条件下会分解成铁和石墨,这对铸造很有意义.四
36、珠光体pf+fe3c机械混合物,含碳0.77%组织:两种物质相间组成,性能:介于两者之间.强度较高:硬度hbs=250五莱氏体727a+fe3cld高温莱氏体700塑性极差.2铁碳合金状态图是表明平衡状态下含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c6.69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%15382)
37、c:共晶点4.3%11483)d:fe3c熔点6.6916004)e:c在a中最大溶解度2.1111485)f:fe3c成分点6.6911486)g:-fe与-fe转变点0%9127)k:fe3c成分点6.697278)p:c在-fe中最大溶解度0.027279)s:共析点0.7772710)q:c在-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ld4)ae:钢的固相线,液态到此线a5)gs:”a3”a到此线开始析