【正文】 定比例關(guān)系的約束； ②不存在壓頭變形問題； ③壓痕輪廓清晰，采用對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)量，精確可靠，硬度值誤差較小。 維氏硬度法適用范圍寬，尤其適用于測(cè)定金屬鍍層、薄片金屬及化學(xué)熱處理后的表面硬度，其結(jié)果精確可靠。 ＨＶ符號(hào)前面的數(shù)字為硬度值，后面依次用相應(yīng)數(shù)字注明試驗(yàn)力和試驗(yàn)力保持時(shí)間（ 10－ 15s 不標(biāo)注）。 常用試驗(yàn)力及其適用范圍 維氏硬度試驗(yàn)所用 試驗(yàn)力視其試件大小、薄厚及其它條件，可在 － 的范圍內(nèi)選擇試驗(yàn)力。維氏硬度值用四棱錐壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示，符號(hào)ＨＶ。區(qū)別在于壓頭采用錐面夾角為 136176。 維氏硬度試 驗(yàn)可以測(cè)量從軟到硬的各種材料以及金屬零件的表面硬度，并有連續(xù)一致的硬度標(biāo)尺。 三、維氏硬度 布氏硬度試驗(yàn)不適用于測(cè)定硬度較高的材料。 試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：①操作簡(jiǎn)單迅速，效率高，直接從指示器上可讀出硬度值； ②壓痕小，故可直接測(cè)量成品或較薄工件的硬度； ③對(duì)于ＨＲＡ和ＨＲＣ采用金剛石壓頭，可測(cè)量高硬度薄層和深層的材料。 如 50ＨＲＣ，表示用ＨＲＣ標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬 度值為 50。金剛石圓錐體 600 1000 1500 70－ 88 20－ 100 20－ 70 硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層等 有色金屬、退火、正火鋼等 淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等 上述洛氏硬度的三種標(biāo)尺中，以ＨＲＣ應(yīng)用最多，一般經(jīng)淬火處理的鋼或工具都采用ＨＲＣ測(cè)量。 常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍 標(biāo) 尺 壓頭類型 總試驗(yàn)力 kgf 硬度值有效范圍 應(yīng) 用 HRA HRB HRC 120176。 式中， c 為常數(shù)（對(duì)于 HRC、 HRA， c 取 ；對(duì)于 HRB， c 取 ）。并用每 ㎜的壓痕深度為一個(gè)硬度單位。一般說來，按照人們習(xí)慣上的概念，數(shù)值越大，硬度越高。故由于主試驗(yàn)力所引起的塑性變形而使壓頭壓入深度為 h＝ h3－ h1。圖中2－ 2 在總試驗(yàn)力（初試力＋主試驗(yàn)力）作用下壓頭所處位置，壓入深度為 h2。 如下圖所示， 0－ 0 為金剛石壓頭還沒有和試樣接觸的位置。試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力。 二、洛氏硬度 試驗(yàn)原理 洛氏硬度是以頂角為 120176。 布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是：對(duì)金屬表面的損傷較大，不易測(cè)試太薄工件的硬度，也不適于測(cè)定成品件的硬度。（我國(guó)目前布氏硬度試驗(yàn)機(jī)壓頭主要是淬火鋼球。 淬火鋼球用于測(cè)定硬度 HBS＜ 450 的金屬材料，如灰鑄鐵、有色金屬以及退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材等。 如 120HBS10/1000/30，即表示用 10mm的鋼球作壓頭，在 1000kgf(9807N)的試驗(yàn)力作用下，保持時(shí)間為 30s 后所測(cè)得的硬度值為 120。 d 越大，則 HBS（ HBW）值越小，表明材料越軟；反之， d 越小， HBS（ HBW）值越大，表明材料越硬。 選擇試驗(yàn)規(guī)范 在進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，鋼球直徑Ｄ、施加的試驗(yàn)力Ｆ和試驗(yàn)力保持時(shí)間、應(yīng)根據(jù)被測(cè)試金屬的種類和試樣厚度，按下表所示的布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范正確地進(jìn)行選擇。用硬質(zhì)合金球作壓頭，布氏硬度用符號(hào)“ HBW”表示。布氏硬度值用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示。根據(jù)壓頭和壓力不同，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度（ HBS、 HBW）、洛氏硬度（ HRA、 HRB、 HRC 等）和維氏硬度（ HV）。 硬度的測(cè)定常用壓入法。 第二節(jié) 硬度 硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量材料軟硬的判據(jù)，是一個(gè)綜合的物理量。所以大多數(shù)機(jī)械零件除要求具用較高的強(qiáng)度外，還必須有一定的塑性。 塑性直接影響到零件的 成形及使用。 δ =(l1l0)/ l0 100% 斷面收縮率是指試樣斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號(hào)Ψ表示。 斷后伸長(zhǎng)率是指試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。 σ b＝ Fb/So 式中 Fb 表示試樣承受的最大拉伸力（ N） So 表示試樣原始橫截面積（平方毫米） 三、 塑性指標(biāo) 塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生變形而不破壞的能力。 屈服點(diǎn)是指金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力。 應(yīng)力是指材料單位面積上的內(nèi)力。 一、拉伸試驗(yàn)：可求出金屬材料的強(qiáng)度與塑性。 彈性變形是外力去除后能夠自行恢復(fù)的變形。 第一章 金屬的力學(xué)性能 第一節(jié) 強(qiáng)度與塑性 材料受外力作用時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生變形和破壞。如鑄造性、鍛造性、焊接性、熱處理性、切削加工 性等。 使用性能：為保證機(jī)械零件或工具能正常工作，金屬材料應(yīng)具備的性能，在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學(xué)性能、物理性能（如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等）和化學(xué)性能（如抗腐蝕性、抗氧化性等）。 ，保護(hù)環(huán)境和具有質(zhì)量與效益的意識(shí)。 4．要求： ，初步具有一定的實(shí)驗(yàn)操作技能和正確使用常用金屬材料和常規(guī)熱處理工藝的粘貼． 的工藝應(yīng)用范圍。 3．學(xué)習(xí)這門課的目的 通過理論和實(shí)踐，同學(xué)們應(yīng)掌握機(jī)械工程材料，金屬加工和熱處理的理論基礎(chǔ)知識(shí)。 ⑴綜合性能強(qiáng) 系統(tǒng)介紹工程材料的加工如 :鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、切削加工 等全部工藝過程。 : 機(jī)械制造工藝分為 機(jī)械工程材料 :機(jī)械產(chǎn)品制造所必須的物質(zhì)基礎(chǔ) ,是工業(yè)的＂糧食＂，材料性能的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和可靠性。因此 ，正確選材、合理用材、正確選材熱處理方法來滿足機(jī)械零件性能要求是這門課學(xué)習(xí)的主導(dǎo)線。我們是繼往開來的接班人，要努力學(xué)好工程材料，為四化做貢獻(xiàn)。各種材料的性能好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和可靠性。緒 論 材料是人類社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，所以歷史學(xué)家以石器時(shí)代、陶瓷時(shí)代、銅器時(shí)代來劃分古代史各階段，而今人類正跨入人工合成材料的新時(shí)代。 如今，材料能源和信息以成為發(fā)展現(xiàn)代化生產(chǎn)的三大支柱，而材料又是能源與信息發(fā)展的物資基礎(chǔ)?，F(xiàn)代工業(yè)裝備向著高速、自動(dòng)、精密等方向發(fā)展。 這門課學(xué)習(xí)內(nèi)容有（主要內(nèi)容）：除解決正確選材外，還涉及到一些加工工藝問題，尤其是熱處理工藝。 工程材料是一門內(nèi)容廣泛，理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程，希望我們共同努力完成本課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。 機(jī)械工程材料分為 成型工藝：把原材料或半成品加工成 所需形狀和尺寸產(chǎn)品的過程。 ⑵實(shí)踐性強(qiáng) 有利于培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高動(dòng)手能力，為獲取“雙規(guī)”提供保障。初步具有金屬加工的操作技能。 ，通過實(shí)驗(yàn)具有一定的實(shí)驗(yàn)操作技能和正確分析實(shí)驗(yàn)的能力。 金屬材料的性能分：使用性能、工藝性能。 工藝性能：在制造機(jī)械零件及工具過程中，金屬材料適應(yīng)各種冷、熱加工的性能。 力學(xué)性能是指機(jī)械零件或工具在使用過程中，要受到各種載荷的作用，金屬材料在載荷作用下所反映出來的性能，主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊吸收功、疲勞極限、斷裂韌度等。其過程一般是：彈性變形－塑性變形－斷裂。塑性變形是外力去除后不能完全自動(dòng)恢復(fù)而保留下來的變形，又稱永久變形。 －伸長(zhǎng)曲線 二、強(qiáng)度 強(qiáng)度 是指金屬材料在載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力。 內(nèi)力是當(dāng)金屬材料受載荷作用未引起破壞時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生與載荷相平衡的力。用符號(hào)σ s 表示 σ s＝ Fs/So 式中 Fs 表示試樣屈服時(shí)所承受的拉伸力（ N） So 表示試樣原始橫截面積（平方毫米） 抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力，用符號(hào)σ b 表示。評(píng)定材料塑性的指標(biāo)是斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。用符號(hào)δ表示。即 Ψ =(S0S1)/S0 100% 斷面收縮繁不受試樣尺寸的影響，比較確切地反映了材料的塑性。塑性好的材料，不僅能順利地進(jìn)行軋制、鍛壓等成形工藝，而且在使用中萬(wàn)一超截，由于變形而能避免突然斷裂。一般情況，伸長(zhǎng)率達(dá) 5％或斷面收縮率達(dá) 10％的材料，即可滿足大多數(shù)零件的使用要求。 材料的硬度越高，耐磨性越好，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)之一。把規(guī)定的壓頭壓入金屬材料表面層， 然后根據(jù)壓痕的面積或深度確定其硬度值。 一、布氏硬度 試驗(yàn)原理 用直徑為 D 的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力 F 壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，在試樣表面留下球形 壓痕，如左圖所示。用淬火鋼球作壓頭時(shí)，布氏硬度用符號(hào)“ HBS”表示 。 HBS(HBW)：用鋼球（硬質(zhì)合金球）試驗(yàn)的布氏硬度值； F：試驗(yàn)力（ N）； d：壓痕平均直徑（ mm）； D：鋼球（硬質(zhì)合 金球）直徑（ mm）． 布氏硬度的單位為 N/mm2，但習(xí)慣上只寫明硬度值而不標(biāo)出單位。 布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范 材料 布氏硬度 /D 2 備注 鋼及鑄鐵 ＜ 140 ＞ 140 10 30 Ｆ單位： Ｎ Ｄ單位： mm 銅及其合金 ＜ 35 35－ 130 ＞ 130 5 10 30 輕金屬及其合金 ＜ 35 35－ 80 ＞ 80 25 10 10 鉛、錫 由布氏硬度值的計(jì)算公式可以看出，當(dāng)所加試驗(yàn)力Ｆ與鋼球（或硬質(zhì)合金球）直徑Ｄ已選定時(shí)，硬度埴 HBS（ HBW）只與壓痕直徑 d 有關(guān)。 除了采用鋼球（或硬質(zhì)合金球）直徑Ｄ為 10ｍｍ，試驗(yàn)力Ｆ為 3000ｋｇｆ（２９４２１Ｎ），保持時(shí)間 10－ 15s 的試驗(yàn)條件外，在其它試驗(yàn)條件下測(cè)得的硬度值，應(yīng)在 符號(hào) HBS 的后面用相應(yīng)的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗(yàn)力大小和試驗(yàn)力保持時(shí)間。 如 500HBＷ 5/750，即表示用 5mm 的硬質(zhì)鋼球作壓頭，在 750kgf(735N)的試驗(yàn)力作用下，保持時(shí)間為 01－ 15s 后所測(cè)得的硬度值為 500。為了避免壓頭變形，可用硬質(zhì)合金 球壓頭，它適用于測(cè)試 HBW＜ 650 的金屬材料。） 試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn) 布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：試驗(yàn)時(shí)使用的壓頭直徑較大，在試樣表面上留下壓痕也較大，測(cè)得的硬度值也較準(zhǔn)確。 布氏硬度試驗(yàn)常用來測(cè)定原材料、半成品及性能不均勻的材料（如鑄鐵）硬度。的金剛石圓錐體或直徑為Φ ㎜的淬火鋼球作壓頭，以規(guī)定的試 驗(yàn)力使其壓入試樣表面。壓入試樣表面之后卸除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深度，確定被測(cè)金屬材料的洛氏硬度值。 1－ 1 是在初試驗(yàn)力作用下壓頭所處的位置，壓入深度為 h1，目的是為了消除由于試 樣表面不光潔對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的精確性造成的不良影響。 3－ 3 是卸除主試驗(yàn)力后壓頭所處的位置，由于金屬?gòu)椥宰冃蔚玫交謴?fù)，此時(shí)壓頭實(shí)際壓入深度為 h3。洛氏硬度值由 h的大小確定，壓入深度 h越大，硬度越低；反之，則硬度越高。因此采用一個(gè)常數(shù) c 減去 h來表示硬度的高低。由此獲得的硬度值稱為洛氏硬 度值，用符號(hào)ＨＲ表示。由此獲得的洛氏硬度值ＨＲ為一無名數(shù)，試驗(yàn)時(shí)一般由試驗(yàn)機(jī)指示器上直接讀出。金剛石圓錐體 (1/16) ” ( Φ ㎜ )鋼球 120176。在中等硬度情況下，洛氏硬度ＨＲＣ與布氏硬度ＨＢＳ之間關(guān)系約為 1： 10，如 40ＨＲＣ 相當(dāng)于 400ＨＢＳ 。硬度值應(yīng)在有效測(cè)量范圍內(nèi)（ＨＲＣ為 20－ 70）為有效。 缺點(diǎn)：由于壓痕小，測(cè)得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測(cè)定四次以上，取其平均值為該材料的硬度值。 洛氏硬度試驗(yàn)雖然可用于測(cè)定較材料和硬材料，但其硬度值不能進(jìn)行比較。 試驗(yàn)原理 維氏硬度試驗(yàn)原理與布氏硬度相似，也是根據(jù)壓痕單位表面積上的試驗(yàn)力大小來計(jì)算硬度值。的金剛石正四棱錐體，將其以選定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，按規(guī)定保持一定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量 壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度，如書上Ｐ９圖 1－ 5 所示。 式中 Ｆ－作用在壓頭上的試驗(yàn)力（Ｎ） d－壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值（㎜） ＨＶ值的單位為Ｎ /㎜ 2 ，但習(xí)慣上只寫出硬度值而不標(biāo)出單位。常用的試驗(yàn)胃有 、 、 、 、 、 Ｎ。如６４０／ＨＶ３０／２０ ,表示 30kgf () 試驗(yàn)力，保持時(shí)間為 20s 測(cè)得維氏硬度值為 640。當(dāng)試驗(yàn)力小于 kgf （ ）時(shí)，可用于測(cè)量金相組織中不同相的硬度。 缺點(diǎn)：其硬度值需要先測(cè)量對(duì)角線長(zhǎng)度，然后經(jīng)計(jì)算或查表確定，故效率不如洛氏硬度試驗(yàn)高。其表示符號(hào)為ＨＬ。 第二章 純金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 一、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識(shí) 晶體與非晶體 固態(tài)物質(zhì)的性能與原子在空間的排列情況有著密切的關(guān)系。 凡原子按一定規(guī)律排列的固態(tài)物質(zhì)，稱為晶體。 晶體的特點(diǎn)是： ①原子在三維空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列。 ③晶體的性能隨著原子的排列 方位而改變，即單晶體具有各向異性。 ②沒有固定熔點(diǎn)，隨著溫度的升高將逐漸變軟，最終變?yōu)橛忻黠@流動(dòng)性的液體。 ③各個(gè)方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。晶格中的每個(gè)的 點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。 ②晶胞 晶體中原子的排列具有周期性變化的特點(diǎn)，因此只要在晶格中選取一個(gè)能夠完