加工硬化指數(shù)n計算方法.doc

_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(biāo)距瞬時長度,然而工程應(yīng)變是長度的增量除以原始標(biāo)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:t = Ktn當(dāng) 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  = ln K + n.ln  當(dāng)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:d / d = n KTn1為了取代n我們有:-d / d = n T / T 或者n = d / d.T / T 這里 T和T 是測量的 d/d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(biāo)。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s和抗拉強度b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11 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。可見，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(dāng)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(dāng)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(biāo)，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(biāo)，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(EAl70GPa)，而鎢的彈性模量又是鐵的兩倍(Ew70GPa)。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e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(biāo)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(biāo)，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(dāng)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13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(biāo)準    工程上常用的屈服標(biāo)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p表示，超過p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(biāo)準，材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。國際上通常以el表示。應(yīng)力超過el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(biāo)準，如通常以0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強度，符號為0.2或ys。    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(biāo)，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(biāo)準，規(guī)定許用應(yīng)力=ys/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(biāo)準，規(guī)定許用應(yīng)力=b/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(biāo)。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=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(biāo)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14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(biāo)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(dāng)于=1.0時的真應(yīng)力，見圖15。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=Kn  方程描述，則在圖16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。現(xiàn)在研制的一些新材料中，注意到當(dāng)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17。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(dāng)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=d故有             dS/d=S    這就是出現(xiàn)頸縮的條件，即當(dāng)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/d>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/d<S，加工硬化的能力已經(jīng)失去或已十分微弱，導(dǎo)致頸縮發(fā)生。在發(fā)生頸縮時所對應(yīng)的均勻真應(yīng)變量m在數(shù)值上等于n(見圖1-8)。    因為從n的定義得出       dS/d=n S/    頸縮條件為              dS/d=S    代入上式得               n=m     2.抗拉強度    在材料不產(chǎn)生頸縮時抗拉強度代表斷裂抗力。脆性材料用于產(chǎn)品設(shè)計時，其許用應(yīng)力是以抗拉強度為依據(jù)的。抗拉強度對一般的塑性材料有什么意義呢？雖然抗拉強度只代表產(chǎn)生最大均勻塑性變形抗力，但它表示了材料在靜拉伸條件下的極限承載能力。對應(yīng)于抗拉強度b的外載荷，是試樣所能承受的最大載荷，盡管此后頸縮在不斷發(fā)展，實際應(yīng)力在不斷增加，但外載荷卻是在很快下降的。1.3.4塑性的測量及其實際意義    1.塑性的測量    工程上常用條件塑性而不是真實塑性。拉伸時條件塑性以延伸率和斷面收縮率表示(點擊察看動畫演示)。                             ;為均勻變形階段的最大延伸率；為局集變形時的延伸率；斷裂時總延伸率為，相應(yīng)地斷面收縮率                        ； 表示斷裂時的最小截面積。     2. 塑性指標(biāo)間的關(guān)系    塑性指標(biāo)間的關(guān)系要區(qū)分頸縮前和頸縮后的這兩種情況。    對于頸縮前，由于變形前后體積不變    于是得到條件塑性與斷面收縮率之間的關(guān)系有可以看出均勻變形時恒大于。     如研究均勻變形階段真實塑性和條件塑性間的關(guān)系可以看出條件塑性恒大于真實塑性。     在發(fā)生頸縮后，由于局部變形的結(jié)果，條件塑性和已不能建立關(guān)系，真實塑性。但是真實塑性仍可按照頸縮區(qū)域體積不變，求得和條件塑性之間的關(guān)系    因此，在斷裂時可通過測量，求得真實塑性    3.塑性的實際意義    試樣拉斷時所測得的條件延伸率主要反映了材料均勻變形的能力，而斷面收縮率則主要反映了材料局部變形的能力。如試樣的，說明拉斷時不產(chǎn)生頸縮，反之發(fā)生頸縮的試樣，其。1.3.5靜力韌度    材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。嚴格的說，它應(yīng)該是真應(yīng)力-應(yīng)變曲線下所包圍的面積也就是工程上為了簡化方便，近似地采取：對塑性材料    靜力韌度是一個強度與塑性的綜合指標(biāo)。單純的高強度材料象彈簧鋼，其靜力韌度不高，而只具有很好塑性的低碳鋼也沒有高的靜力韌度，只有經(jīng)淬火高溫回火的中碳(合金)結(jié)構(gòu)鋼才具有最高的靜力韌度(動畫演示)。1.4 金屬材料的斷裂1.4.1 靜拉伸的斷口    材料在靜拉伸時的斷口可呈現(xiàn)3種情況，如圖1-9所示。    力學(xué)性能常將斷裂分成正斷和切斷。斷裂垂直于最大正應(yīng)力者叫正斷，而沿著最大切應(yīng)力方向斷開的叫切斷。上圖(a)所示的斷口即為正斷；圖(e)所示的斷口即為切斷；而圖(d)所示的斷口，中心部分大致為正斷，兩側(cè)部分為切斷，故為混合型斷口。工程上常按斷裂前有無明顯的塑性變形，將斷裂分成脆斷和韌斷。這是就宏觀而言的。注意這兩種分類是從不同角度來討論斷裂的，其間并沒有什么必然的聯(lián)系。正斷不一定就是脆斷，正斷也可以有明顯的塑性變形。但切斷是韌斷，反過來韌斷就不一定是切斷了，所以切斷和韌斷也并非是同義語。    對拉伸試樣的宏觀斷口觀察，可看出多數(shù)情況下有三個區(qū)域。第一個區(qū)域在試樣的中心位置，叫做纖維區(qū)(如圖1-10)，裂紋首先在該區(qū)域形成，該區(qū)顏色灰暗，表面有較大的起伏，如山脊?fàn)?，這表明裂紋在該區(qū)擴展時伴有較大的塑性變形，裂紋擴展也較慢；第二個區(qū)域為放射區(qū)，表面較光亮平坦，有較細的放射狀條紋，裂紋在該區(qū)擴展較快；接近試樣邊緣時，應(yīng)力狀態(tài)改變了（平面應(yīng)力狀態(tài)），最后沿著與拉力軸向成40-50°剪切斷裂，表面粗糙發(fā)深灰色。這稱為第三個區(qū)域剪切唇。試樣塑性的好壞，由這三個區(qū)域的比例而定。如放射區(qū)較大，則材料的塑性低，因為這個區(qū)域是裂紋快速擴展部分，伴隨的塑性變形也小。反之對塑性好的材料，必然表現(xiàn)為纖維區(qū)和剪切唇占很大比例，甚至中間的放射區(qū)可以消失。影響這三個區(qū)比例的主要因素是材料強度和試驗溫度。    如果材料的硬度和強度很高，又處于低溫環(huán)境，圓形試樣的拉伸斷口，斷面上有許多放射狀條紋，這些條紋匯聚于一個中心，這個中心區(qū)域就是裂紋源。斷口表面越光滑，放射條紋越細，這是典型的脆斷形貌。如為板狀試樣，斷裂呈“人”字形花樣，“人”字的尖端指向裂紋源 (如圖1-11)，這對于分析壓力容器或構(gòu)件的失效是有幫助的。1.4.2 韌斷機制-微孔聚合    微觀上的微孔聚合斷裂機制，在多數(shù)情況下與宏觀上的韌斷相對應(yīng)。(也有在微觀斷口上表現(xiàn)為微孔聚合，實際在宏觀上為脆斷，這點以后就要談到。)試樣拉伸開始出現(xiàn)頸縮后，就產(chǎn)生了三向拉應(yīng)力，最大軸向拉應(yīng)力位于試樣中心，在此拉應(yīng)力作用下，試樣開始產(chǎn)生微孔，繼而長大和聚合，形成一中心裂紋，這中心裂紋沿著垂直于拉力軸的方向伸 展，到試樣邊緣以大約和軸向成45度平面剪切斷開，如圖1-12所示。       在掃描電鏡下，微孔聚合型斷裂的形貌特征是一個個韌窩(即凹坑)，韌窩是微孔長大的結(jié)果，韌窩內(nèi)大多包含著一個夾雜物或第二相，這證明微孔多萌生于夾雜物或第二相與基體的界面上。微孔的萌生可以在頸縮之前，也可以發(fā)生在頸縮之后，這取決于第二相與基體的結(jié)合強度。例如，對F+M的雙相鋼，M成島狀分布于鐵素體基體上，掃描電鏡觀察拉伸變形時，在M/F界面上較早產(chǎn)生微孔并形成于頸縮之前；而調(diào)質(zhì)鋼的碳化物因細小均勻，與基體結(jié)合的強度高，大量的微孔萌生是在頸縮之后；如果是馬氏體時效鋼，因析出的金屬間化合物比鋼中碳化物的尺寸小一個數(shù)量級，微孔更難萌生，微孔萌生成為控制其斷裂過程的主要環(huán)節(jié)。我們說微孔多萌生于夾雜物和第二相處，這并不意味著在沒有夾雜物和第二相時，便不能形成微孔，對純金屬或單相合金變形后期也可產(chǎn)生許多微孔，微孔可產(chǎn)生于晶界，或?qū)\晶帶等處，只是相對地說微孔萌生較遲些。微孔的萌生有時并不單純?nèi)Q于拉應(yīng)力，要看具體的組織而定。    由于應(yīng)力狀態(tài)或加載方式的不同，微孔聚合型斷裂所形成的韌窩可有三種類型：(1)拉伸型的等軸狀韌窩。裂紋擴展方向垂直于最大主應(yīng)力max，max是均勻分布于斷裂平面上，拉伸時呈頸縮的試樣中心部分就顯示這種韌窩狀。(2)剪切型的伸長韌窩。在拉伸試樣的邊緣，兩側(cè)均由剪應(yīng)力切斷，顯示這種韌窩形狀，韌窩很大如卵形，其上下斷面所顯示的韌窩，其方向是相反的。(3)拉伸撕裂的伸長韌窩。產(chǎn)生這種韌窩的加載方式有些和等軸狀韌窩類似，但是等軸狀韌窩可以認為是在試樣中心加拉伸載荷的，而拉伸型韌窩是在試樣邊緣加載的，因而max不是沿截面均勻分布的，在邊緣部分應(yīng)力很大，裂紋是由表面逐漸向內(nèi)部延伸的，好像我們把粘著的兩張紙，從一端把它們逐漸撕開一樣故稱拉伸撕裂型。表面有缺口的試樣或者裂紋試樣，其斷口常顯示這種類型。這種類型的韌窩，韌窩小而淺，裂紋擴展快，故在宏觀上常為脆斷，所以不要把微孔聚合型的微觀機制都歸之為韌斷，這也是宏觀和微觀不能完全統(tǒng)一之處(點擊演示動畫)。    韌窩的形狀取決于應(yīng)力狀態(tài)，而韌窩的大小和深淺取決于第二相的數(shù)量分布以及基體的塑性變形能力。如第二相較少、均勻分布以及基體的塑性變形能力強，則韌窩大而深，如基體的加工硬化能力很強，則得到大而淺的韌窩。1.4.3 穿晶斷裂-解理和準解理    1. 解理斷裂    穿晶的解理斷裂常見于體心立方和密排六方金屬中。當(dāng)處于低溫，或者應(yīng)變速率較高，或者是有三向拉應(yīng)力狀態(tài)，都能促使解理斷裂，在宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂。解理斷裂是沿著一定的結(jié)晶學(xué)平面發(fā)生的，這個平面叫解理面，例如體心立方金屬的解理面為(100)。解理斷裂的斷口形貌表現(xiàn)為河流狀花樣，河流的流向(一些支流的匯合方向)即為裂紋擴展方向，裂紋多萌生于晶界或亞晶界(如圖1-13）。    2. 準解理     這種斷口形貌常見于淬火回火的高強度鋼中，或者是組織為貝氏體的鋼中。它和解理斷裂有些相似，有相同的解理面，也有河流花樣。它和解理斷裂在形貌上有些不同，表現(xiàn)在：1)主裂紋的走向不太清晰，原因是主裂紋前方常產(chǎn)生許多二次裂紋，這些二次裂紋彼此連接或與主裂紋相連。2)在晶粒內(nèi)部有許多撕裂棱，撕裂棱附近有較大的變形。3)裂紋多萌生于晶粒內(nèi)部，裂紋的擴展從解理臺階逐漸過渡向撕裂棱。1.4.4 力學(xué)狀態(tài)圖的斷裂分析    1.應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)a    為了表示應(yīng)力狀態(tài)對材料塑性變形的影響，引入了應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)a，它的定義為           式中最大切應(yīng)力max按第三強度理論計算，即max=1/2(1-3)，1，3分別為最大和最小主應(yīng)力。最大正應(yīng)力Smax按第二強度理論計算，即,為泊松系數(shù)。    對單向拉伸     對扭轉(zhuǎn)     取     對單向壓縮     取可以看出應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)a表示材料塑性變形的難易程度。a越大表示在該應(yīng)力狀態(tài)下切應(yīng)力分量越大，而塑性變形是由切應(yīng)力產(chǎn)生的，所以，a越大材料就越易塑性變形，相對于a較小的應(yīng)力狀態(tài)而言，就不易引起脆斷。我們把a值較大的稱做軟的應(yīng)力狀態(tài)，a值較小的稱做硬的應(yīng)力狀態(tài)。     2.力學(xué)狀態(tài)圖力學(xué)狀態(tài)圖以聯(lián)合強度理論為基礎(chǔ)，即以第二強度理論和第三強度理論兩者的聯(lián)合為基礎(chǔ)，故圖1-14中縱坐標(biāo)按第三強度理論計算最大切應(yīng)力，橫坐標(biāo)按第二強度理論計算最大正應(yīng)力，自原點作不同斜率的直線，可代表應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)a，這些直線的位置反映了應(yīng)力狀態(tài)對斷裂的影響。1.5 材料在扭轉(zhuǎn)時的力學(xué)性能1.5.1扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力特點    扭轉(zhuǎn)試驗時材料的應(yīng)力狀態(tài)為純剪切，切應(yīng)力分布在縱向與橫向兩個垂直的截面內(nèi)，而主應(yīng)力1和3與縱軸成45°,并在數(shù)值上等于切應(yīng)力。1為拉應(yīng)力，3為等值壓應(yīng)力，2=0，見圖116。由此可知，當(dāng)扭轉(zhuǎn)沿著橫截面斷裂時為切斷，而由最大正應(yīng)力引起斷裂時，斷口呈螺旋狀與縱軸成45°。    為了說明扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力與應(yīng)變的特點，現(xiàn)將拉伸試驗與扭轉(zhuǎn)試驗作一比較。拉伸扭轉(zhuǎn)(1)(2)(3)按照體積不變定律當(dāng)故(4)依照廣義虎克定律又 故知     為了簡化表示復(fù)雜的應(yīng)力或應(yīng)變狀態(tài)，常用應(yīng)力和應(yīng)變不變量。如塑性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線也就是流變曲線，用應(yīng)力和應(yīng)變不變量表示時，不管應(yīng)力狀態(tài)如何，可以得到近似相同的曲線。例如，當(dāng)用應(yīng)力不變量表示應(yīng)力，應(yīng)變不變量表示應(yīng)變，單向拉伸試驗的流變曲線可以和承受內(nèi)壓的薄壁圓管在扭轉(zhuǎn)時得到的流變曲線相重合。在扭轉(zhuǎn)試驗時，常用的應(yīng)力不變量叫做有效應(yīng)力，以表示，常用的應(yīng)變不變量叫做有效應(yīng)變，以表示。它們和主應(yīng)力主應(yīng)變的關(guān)系為          按照上述有效應(yīng)力和有效應(yīng)變的定義公式可知     拉伸時     扭轉(zhuǎn)時 1.5.2扭轉(zhuǎn)強度的測定    實心圓柱形試樣其直徑為d0，標(biāo)距長度為,代表相距為的的兩截面間的相對扭轉(zhuǎn)角，當(dāng)外加扭矩為M時橫截面上各面積元dF的內(nèi)力矩之和應(yīng)等于外力扭矩(點擊演示動畫)，故有    依照虎克定律     比較前面兩式，可得到扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的計算式1.5.3扭轉(zhuǎn)試驗的實際應(yīng)用    從扭轉(zhuǎn)試驗的應(yīng)力特點，我們已經(jīng)知道，扭轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的切應(yīng)力比拉伸時大一倍，因而可產(chǎn)生較大的塑性變形，從力學(xué)狀態(tài)圖中可看出，扭轉(zhuǎn)是比拉伸更軟的應(yīng)力狀態(tài)，對于那些在拉伸試驗時已呈現(xiàn)脆性的材料，用扭轉(zhuǎn)試驗方法可揭示和比較脆性材料的力學(xué)性能。    實際上扭轉(zhuǎn)試驗的應(yīng)用場合，在多數(shù)情況下是研究塑性材料在大應(yīng)變范圍時的力學(xué)行為，它能更真實地反映材料的塑性和形變抗力。扭轉(zhuǎn)試驗的實際應(yīng)用主要表現(xiàn)在：     (1)用熱扭轉(zhuǎn)試驗確定材料在熱加工(軋制、鍛造、擠壓)時的最佳溫度(如圖1-17所示)；    (2)對單相合金，用熱扭轉(zhuǎn)試驗確定材料在高溫時發(fā)生的動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶過程；    (3)對多相合金，用熱扭轉(zhuǎn)研究不穩(wěn)定組織的轉(zhuǎn)變，或者模擬某種熱加工成形方式研究其組織特點。1.6 材料的彎曲試驗    彎曲試驗方法的應(yīng)力狀態(tài)介于拉伸和扭轉(zhuǎn)試驗方法之間，常用于測定脆性材料的力學(xué)性能?？梢源致缘卣f，對于金屬材料，特別是鋼鐵材料，結(jié)構(gòu)鋼常溫下的力學(xué)性能由拉伸試驗評定；結(jié)構(gòu)材料的熱變形性能由扭轉(zhuǎn)試驗評定；而工具鋼常溫下的力學(xué)性能由彎曲試驗評定。當(dāng)材料硬度高脆性大時，如用拉伸試驗，拉伸試棒兩端容易有應(yīng)力集中和表面缺陷，裝夾試樣時稍有不對中，就會引起附加彎曲應(yīng)力，這都會造成拉伸數(shù)據(jù)的散亂，而用光滑的矩形、方形和園形試樣進行彎曲試驗，就可避免應(yīng)力集中的影響，操作也很簡便。對高硬度材料進行扭轉(zhuǎn)試驗時，當(dāng)材料硬度大于HRC52-53時，試樣會脆斷出現(xiàn)飛裂，所以也不宜進行扭轉(zhuǎn)試驗。此外，彎曲試驗更接近于多數(shù)工具的工作條件，更能反映成分和組織對性能的影響，因此，可為選擇最佳工藝參數(shù)提供參考。例如鑿巖機活塞用高碳釩鋼(T10V)制成，原處理工藝是淬火+180。C回火，但在使用時常出現(xiàn)花鍵崩齒，桿部折斷等現(xiàn)象。對T10V進行彎曲和扭轉(zhuǎn)試驗，見圖118。    進行彎曲試驗時，將圓形或矩形及方形試樣放置在一定跨距L的支座上，進行三點彎曲或四點彎曲試驗，通過記錄彎曲力F和試樣撓度f之間的關(guān)系，通常求出斷裂時的抗彎強度和最大撓度，以表示材料的強度和朔性。用四點彎曲的加載方式，一般可以得到比較準確的結(jié)果，同時也能較好地反映金屬的內(nèi)部缺陷影響，因為彎矩均勻分布在整個試樣工作長度上，試樣破斷是發(fā)生在該段體積內(nèi)某些組織缺陷較集中的地方，而用三點彎曲加載，則總是在集中載荷F的施加處破壞。(參見動畫演示)    彎曲應(yīng)力按下式計算                式中M為最大彎矩，對三點彎曲M=FL/4；對四點彎曲M=FL/2。W為抗彎截面系數(shù)，對于直徑為d的圓形試樣,；對于寬度為b，高為h的矩形試樣，W=bh2/6 。    圖1-15表示不同材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下的表現(xiàn)。圖中射線1表示三向不等壓縮（如硬度試驗的應(yīng)力狀態(tài)），射線2表示單向壓縮，射線3表示扭轉(zhuǎn)，射線4表示單向拉伸。材料A的抗剪能力強而抗拉能力弱，材料C抗剪能力弱而抗拉能力強，材料B介于兩者之間。我們把易于拉斷的材料叫做硬性材料，易于引起拉斷的應(yīng)力狀態(tài)叫做硬性應(yīng)力狀態(tài)；把易于剪斷的材料叫做軟性材料，易于引起剪斷的應(yīng)力狀態(tài)叫做軟性應(yīng)力狀態(tài)。因此，材料從A到C是由硬到軟，應(yīng)力狀態(tài)從1到4是從軟到硬。對材料A壓入試驗可引起剪斷，而單向壓縮試驗以不能引起材料的屈服而直接脆斷了。對材料B單向壓縮可引起剪斷，而扭轉(zhuǎn)試驗就表現(xiàn)出由正應(yīng)力引起的拉斷(脆斷）。1.7金屬的硬度1.7.1金屬硬度的概念    硬度并不是金屬獨立的基本性能，它是指金屬在表面上的不大體積內(nèi)抵抗變形或者破裂的能力。究竟它表征哪一種抗力則決定于采用的試驗方法，如刻劃法型硬度試驗則表征金屬抵抗破裂的能力，而壓入法型硬度試驗則表征金屬抵抗變形的能力。    生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是壓入法型硬度，如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等。所得到的硬度值的大小實質(zhì)上是表示金屬表面抵抗外物壓 入所引起的塑性變形的抗力大小。它在真應(yīng)力真應(yīng)變曲線上的位置如圖119所示。這是屬于側(cè)壓加載方式下的應(yīng)力狀態(tài)。在力學(xué)狀態(tài)圖上，這一應(yīng)力狀態(tài)線處于很陡位置。所以壓人法類型的硬度試驗也可以認為是金屬側(cè)壓試驗。    由于壓入法型(側(cè)壓)加載方式屬于極“軟”性的應(yīng)力狀態(tài)，a>2，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?。因此，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120)，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(biāo)。布氏硬度的符號以HB標(biāo)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(biāo)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(0.2D<d<0.5D)才能得到可靠的數(shù)據(jù)。因此，在生產(chǎn)上應(yīng)用這一試驗時，就要求采用不同的P和D的搭配?，F(xiàn)在問題是，如果采用不同的P和D的搭配進行試驗時，對P和D應(yīng)該采取什么樣的規(guī)定條件才能保證同一材料得到同樣的HB值。為了解決這個問題，需要運用相似原理(見圖121)。    右圖表示兩個不同直徑的鋼球D1和D2在不同負荷P1和P2下壓入金屬表面的情況。由圖121可知，如果要得到相等的 HB值，就必須使二者的壓人角相等，這就是確定P和D的規(guī)定條件的依據(jù)。從圖中可看出，和d的關(guān)系是    ()       則有由式可知，要保證所得壓人角相等，必須使P/D2為一常數(shù)，只有這樣才能保證對同一材料得到相同的HB值。這就是對P和D必須規(guī)定的條件。    3.布氏硬度試驗的優(yōu)缺點和適用范圍    優(yōu)點：代表性全面，因為其壓痕面積較大，能反映金屬表面較大體積范圍內(nèi)各組成相綜合平均的性能數(shù)據(jù)，故特別適宜于測定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；虼执蠼M成相 的金屬材料。試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定。試驗數(shù)據(jù)從小到大都可以統(tǒng)一起來。     缺點：鋼球本身變形問題。對HB>450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(biāo)。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(biāo)，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(biāo)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(biāo)。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(dāng)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(dāng)                 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122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122)，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(biāo)，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(dāng)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123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-