因为
d 1 DSin 2 2 2
2
所以
θ
2
F HB 2 D
[1 1 Sin2 ( ） ]
假若压力角θ不变时，欲使同一材料的两个压痕所 得 HB相同，则要F/D也为常数。 即F1/D12= F2/D22=常数 试样的厚度应大于压痕深度的10倍，在试样厚度足 够时，应尽可能选用 10mm直径的标准压头。需要 指出的是，压痕直径d 应在0.24-0.6D 范围内，所测 硬度才为有效；若值超出上述范围，则另选 F/D2之 值，重作试验。实际生产中，为了方便，按公式算 出不同压痕直径d的布氏硬度数值表，测得被测机 件压痕直径 d后，即可查表求出 HB值。 2.布氏硬度的特点及应用范围 布氏硬度试验的优点是压痕面积较大，能反映金属 表面较大体积范围内各组成相的平均性能，试验数 据稳定，重复性好。 布氏硬度试验的缺点是压痕直径测量比较麻烦，压 痕面积大，不适合成品检验，并且对不同材料需更 换压头直径和载荷。
单位kgf/ mm2时 当单位为N时 公式表明，当压力和压头直径一定时，压痕直径越 大，布氏硬度值越低，即材料越软；反之，布氏硬 度值越高，材料的变形抗力越大，材料越硬。
• 由于材料的硬度、试样的厚度不同，在测定布氏 硬度时，往往要选用不同直径的压头和试验力。 要在同一材料上测得相同的布氏硬度值，或在不 同材料上测得的硬度具有可比性，必须保证压痕 的几何形状相似，即保证压入角θ恒定。表示采用 两个不同直径的压头D1 和D2 ，在不同载荷 F1和 F2 作用下，压入试样表面的情况。要使两个压痕 几何相似，则两个压痕的压入角θ应相等。由图可 知
洛氏硬度
1. 洛氏硬度测定原理和方法 洛氏硬氏是以直接测量压痕深度，并以压痕深度 大小表示材料的硬度。洛氏硬度的压头有两种：即 顶角为120° 的金刚石圆锥体压头和直径为 1/16″（1.5875mm）或1/8″（3.175mm）钢球压头。 前者适应于测定淬火钢材等较硬的金属材料，后者 适应于测定退火钢，有色金属等较软材料。洛氏硬 度测定时先加 98.1N（10kgf ）预载荷，然后加主 载荷。采用压头不同，则施加载荷不同。不同的压 头和载荷就组合成不同的洛氏硬度标尺。我国规定 的洛氏硬度标尺有九种，其中常用的有三种。
维氏硬度
1.原理和方法 维氏硬度试验原理与布氏硬度试验原理相似。 区别在于维氏硬度的压头是两相对面夹角为 136°的正四棱锥金刚石。试验时，在规定试验 力F 的作用下，压头压入试件表面，保持一定时 间后，卸除试验力，测量压痕两对角线长度，求 其平均值d ，用以计算出压痕表面积。单位压痕 表面积所承受试验力的大小即为维氏硬度值，用 符号HV表示。
2.维氏硬度的特点及应用 维氏硬度与布氏硬度及洛氏硬度试验相比，维氏 硬度试验具有很多优点。因采用压头为四棱锥体，当 载荷改变时，压力角恒定不变，因此，载荷可任意选 择，不存在布氏硬度试验中载荷F与球体直径D之间关 系的约束。由于压痕清晰，对角线长度计量精确可靠。 此外，维氏硬度测量范围较宽，软硬材料都可以测试。 维氏硬度也不存在洛氏硬度那样不同标尺的硬度无法 统一的问题。维氏硬度试验的缺点是硬度测定麻烦， 工作效率比洛氏硬度低，不适于成批生产中的常规检 验。
HV= 0.1891 F
d2
当载荷一定时，即可根据d值，求出 HV。 测定压痕两对角线长度的平均值后查表求HV 时，注意载荷单位。维氏硬度不标注单位, 表示方法如 320HV10/20，前面数值为硬度 值，后面数字依次为所加载荷和时间。 由于显微硬度压痕很小，故要求金刚石 四方锥压头的制造精度和对角线的测量精度 比维氏硬度高。对试样要求按金相试样精心 制备。为清除加工硬化影响，最好采用电解 抛光或化学抛光。试样操作时，要仔细小心。 显微硬度试验，广泛应用于金相组织中组成 相的硬度及研究金属化学成分、组织状态与 性能之间的关系。
长试样：L0 11.3 S0
短试样：L0＝ 5.65 S0
圆形横截面试棒 长试样：L0 = 10d0 短试样：L0 = 5d0
烧结材料径向压馈强度试验
• 试验时将试件放在试验机上下压头之间， 自上向下加压直至试件破断。根据破断时 的压力求出压环强度。应当注意，试件必 须保持圆整度，表面无伤痕且壁厚均匀。
颈缩
• 缩颈－拉伸试验时试样横截面所发生的局 部收缩。 • 应力-应变曲线上的应力达到最大值时即开 始出现颈缩。在颈缩前变形沿整个试样长 度是均匀的，发生颈缩后变形则主要集中 在局部区域，在此区域内横截面越来越细， 局部应力越来越高，直至不能承受外加载 荷而断裂。
断后伸长率(A)
L1 L0 A L0
因此式中，C为常数（对于HRB,C为130,对于HRA和 HRC,C为100）由此获得的洛氏硬HR为一无名数，在 试验时一般由指示器上直接读出。 HR前面为硬度值， HR 后面为使用的标尺。例如，50HRC 表示用C标尺 测定的洛氏硬度值为50 。
2.洛氏硬度试验的特点及应用
洛氏硬度试验避免了布氏硬度试验所存在的缺点。 它的优点是操作简便迅速，效率高，直接从表盘读 出硬度值，且压痕小，故可直接测量成品或较薄工 件的硬度。对于HRA和HRC 采用金刚石压头，故可测 量高硬度的材料。其缺点是由于压痕小，测得的数 据重复性差。通常应在试样不同部位测定三次，取 其平均值为该材料的硬度值。
屈服强度计算
计算公式:
R p=
FS A0 F0.2 A0
F
F0.2
一般常用的:
Rp0.2=
Rp：屈服强度；MPa Fs： 屈服点力值；N A0：试样横截面积；mm2
0
0.2%L0
ΔL
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
拉伸试棒分类
拉伸试棒
材料类型
标距
圆形横截面
矩形横截面
圆弧形
管段试样
比例试样
非比例试样
短试样
长试样
拉伸试棒实例
矩形横截面试棒
脆性材料的拉伸曲线 <与低碳钢试样相对比>
F
0
ΔL
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象
拉伸曲线演示
强度
⑴定义:指金属在静载荷作用下，抵抗塑 性变形或断裂的能力。 由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、 弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗 拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强 度等。 ⑵应用:强度是机械零件(或工程构件)在设 计、加工、使用过程中的主要性能指标， 特别是选材和设计的主要依据。
塑性材料应力－应变曲线
• a.工程上很多金属材料，如调质钢和一些轻合金 • b.退火低碳钢和某些有色金属 • c.某些塑性较低的金属如铝青铜就是在未出现颈缩前的均 匀变形过程中断裂的 • d.某些低溶质固溶体铝合金及含杂质的铁合金
低碳钢拉伸图
• • • • • • op：弹性变形 pe：滞弹性变形 es：屈服前微朔性变形 ss‘：屈服变形 s’b：均匀朔性变形 bz：局部朔性变形
100％
L1——试样拉断后的标距(mm) L0——试样的原始标距(mm)
断面收缩率(Z)
Z=
S0-S1 S0
×100%
S0——试样原始横截面积(mm2) S1——颈缩处的横截面积(mm2)
硬度
• 硬度是衡量金属材料软硬程度的指针。目 前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬 度法，它是用一定几何形状的压头在一定 载荷下压入被测试的金属材料表面，根据 被压入程度来测定其硬度值。 • 常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度 （HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV） 等方法。
在洛氏硬度采用的三种硬度标度中，又以C标尺用得最普遍。
如图所示，A 为金刚石压头还没有和试样接触的位置。 1-1 是在初载荷作用下，压头所处的位置，压入深度为h1 ，加 初载荷的目的是为了清除由于试样表面不光洁而对试验结果 的精确性造成的不良影响。图中2-2 为总载荷（初载荷 主载 荷）作用下压头所处的位置，压入深度为h2 。 3-3是卸除主 载荷后压头所处的位置,，由于金属弹性变形得到回复，此时 压头实际压入深度为h3,故由于主载荷所引起的塑性变形而 使压头压入深度h=h3-h1 。 洛氏硬度值就由 h的大小来确定，压入 深度h 越大，硬度越低；反之，则硬度 越高。为了照顾习惯上数值愈大，硬 度愈高的概念，故采用一个常数C 减 去h 来表示硬度大小，并用每 0.002mm 的压痕深度为一个硬度单位。 由此获得的硬度值称为洛氏硬度值， 用符号 HR表示。
上屈服强度（ReH）：试样发生屈服而力首次 下降前的最高应力 ReH ＝ FeH/A0 下屈服强度（ReL）：在屈服期间，不计初始 瞬时效应时的最低应力 ReL ＝ FeL/A0
规定非比例延伸强度（Rp）
• 规定非比例延伸强度（Rp）：非比例延伸 率等于规定的引伸计标距百分率时的应力。 使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分 率，例如Rp0.2， 表示规定非比例延伸率为 0.2%时的应力。 • 注意：当材料呈无明显屈服（连续屈服） 状态时，应测定规定非比例延伸强度。当材 料呈现明显屈服（不连续屈服）状态时应测 定上和下屈服强度或下屈服强度。
布氏硬度
1.原理
布氏硬度的测定是用一定压力将淬火钢球或 硬质合金球压头压入试样表面，保持规定时间后 卸除试验力，在试样表面留下压痕。单位压痕表 面积上所承受的压力即定义为布氏硬度值，布氏 硬度一般不标单位。 （ 用HB 表示）。
布氏硬度的测定是用一定压力将硬质合金球压头 压入试样表面，保持规定时间后卸除试验力，在 试样表面留下压痕。单位压痕表面积A，见图上所 承受的压力即定义为布氏硬度值（用HB表示）。 如已知所加载荷 F，压头直径D ，只要测出试样 表面上的压痕直径d 或压痕深度h，即可按下式求 出布氏硬度值.
屈服强度
屈服强度－当金属材料呈现屈服现象时，在 试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应 力点的应力。 受力试样中，应力达到某一特定值后， 开始大规模塑性变形的现象称为屈服。它标 志着材料的力学响应由弹性变形阶段进入塑 性变形阶段。 屈服强度是应用最广的一个性能指标。 因为任何机械零件在工作过程中，都不允许 发生过量的塑性变形，所以，机械设计中， 把屈服强度作为强度设计和选材的依据。