材料效能學作業1

1.簡述硬度測試的型別、原理和優缺點？[至少回答三種]

（一）、布氏硬度

優點：壓痕面積較大，其硬度值能反應材料在較大區域內各組成相的平均效能，因此，布氏硬度檢驗最適合測定灰鑄鐵、軸承合金等材料的硬度（具有粗大晶粒或者粗大組成相）。壓痕大的另一優點是實驗資料穩定，重複性高。

缺點：因壓痕直徑較大，一般不宜在成品件上直接進行檢驗，不宜於薄件試驗；硬度不同的材料需要更換壓頭直徑和載荷，同時壓痕直徑的測量也比較麻煩。

（二）、洛氏硬度

優點：操作簡便迅速，壓痕小，可對工件直接進行檢驗；採用不用標尺，可測定各種軟硬不用和薄厚不一試樣的硬度。

缺點：因壓痕較小，代表性差；尤其是材料中的偏析及組織不均勻等情況，使所測硬度值的重複性查、分散度大；用不同標尺測得的硬度值既不能直接進行比較，又不能彼此互換。

（三）、維氏硬度

優點：由於角錐壓痕清晰，採用對角線長度計量，精確可靠；壓頭為四稜錐體，當載荷改變時，壓入角恆定不變，因此可以任意選擇載荷，而不存在布氏硬度那種載荷與壓球直徑之間的關係約束，也不存在洛氏硬度那種不同標尺的硬度無法統一的問題，而且比洛氏硬度所測試件厚度更薄。

缺點：測定方法較麻煩，工作效率低，壓痕面積小，代表性差，所以不宜用於成批生產的常規檢驗。

2.說明布氏硬度與維氏硬度測出的硬度值相差不大的原因。

布氏硬度是用鋼球或硬質合金球作為壓頭，維氏硬度是用兩相對面夾角為136°的金剛石四稜錐作為壓頭，兩個硬度都是採用單位面積所承受的試驗力計算而得的硬度。

3.簡述扭轉實驗、彎曲實驗的特點？滲碳淬火鋼、陶瓷玻璃試樣研究其力學效能常用的方法是什麼？

（一）、扭轉試驗特點

扭轉的應力狀態軟性係數（=0.8）較拉伸的應力狀態軟性係數（ =0.5）高，故可用來測定那些在拉伸時呈現脆性斷裂的材料的強度和塑性。

扭轉試驗時試樣截面的應力分布為表面最大，愈往心部愈小，故此法對材料表面及表面缺陷的反應十分敏感。利用這一特性，可對各種表面強化工藝進行研究和對機件的熱處理表面質量進行檢驗。

圓柱形試樣在扭轉試驗時，整個試樣長度上始終不產生縮頸現象。塑性變形始終是均勻的，其截面及標距長度也基本上保持原尺寸不變，故可用來精確評定那些拉伸時出現縮頸的高塑性材料的形變能力和形變抗力。

扭轉試驗時正應力與切應力大致相等，而生產中所使用的大部分金屬結構材料的，所以，扭轉試驗是測定這些材料的切斷強度的最可靠方法。

（2）、彎曲實驗特點

彎曲載入時受拉的一側應力狀態基本上與靜拉伸時相同，且不存在如拉伸時的所謂試樣偏斜對試驗結果的影響。因此彎曲試驗常用於測定那些由於太硬難於加工成拉伸試樣的脆性材料的斷裂強度，並能顯示出他們的塑性差別。

彎曲試驗時，截面上的應力分布也是表面上應力最大，故可靈敏地反映材料的表面缺陷，因此常用來比較和評定材料表面處理層的質量。

塑性材料的曲線的最後部分可任意延長，表明彎曲試驗不能使這些材料斷裂，在這種情況下雖可測定規定非比例彎曲應力，但實際上很少應用。這種情況下一般採用拉伸試驗。

滲碳淬火鋼、陶瓷玻璃試樣研究其力學效能常用的方法是扭轉實驗。

4.有下述材料需要測量硬度，試說明選用何種硬度實驗方法？為什麼？

a. 滲碳層的硬度分布，b. 淬火鋼，c.

灰口鑄鐵，d. 硬質合金，e. 儀表小黃銅齒輪，f.

高速工具鋼，g. 雙相鋼中的鐵素體和馬氏體，h. ni基高溫合金，i.

al合金中的析出強化相，j. 5噸重的大型鑄件，k. 野外礦物。

a. 滲碳層的硬度分布：努氏硬度（努氏硬度壓痕細長，且只測量長對角線長度，精確度較高，適於測定表面滲層、鍍層和淬硬層的硬度分布等）

b. 淬火鋼：洛氏硬度hrc（洛氏硬度操作簡便迅速，壓痕小，可對工件直接進行檢驗；採用不用標尺，可測定各種軟硬不用和薄厚不一試樣的硬度）

c. 灰口鑄鐵：布氏硬度（壓痕面積較大，其硬度值能反應材料在較大區域內各組成相的平均效能，因此，布氏硬度檢驗最適合測定灰鑄鐵、軸承合金等材料的硬度（）

d. 硬質合金：洛氏硬度hra（洛氏硬度操作簡便迅速，壓痕小，可對工件直接進行檢驗；採用不用標尺，可測定各種軟硬不用和薄厚不一試樣的硬度）

e. 儀表小黃銅齒輪：維氏硬度

f. 高速工具鋼：洛氏硬度hrc（洛氏硬度操作簡便迅速，壓痕小，可對工件直接進行檢驗；採用不用標尺，可測定各種軟硬不用和薄厚不一試樣的硬度）

g. 雙相鋼中的鐵素體和馬氏體：維氏硬度

h. ni基高溫合金：洛氏硬度

i. al合金中的析出強化相：維氏硬度

j. 5噸重的大型鑄件：肖氏硬度（肖氏硬度計使用方便，便於攜帶，可測現場大型工件的硬度）

k. 野外礦物：莫氏硬度（陶瓷以及礦物材料常用的劃痕硬度稱為莫氏硬度）