材料的硬度定义为材料对于贯穿其表面的硬物的抵抗能力。材料硬度可以很方便地表示材料形变的能力。4.2.3硬度试验图4.7硬度试验示意图第30页，共53页，星期日，2025年，2月5日常用的硬度试验方法：洛氏（Rockwell）硬度试验、布氏（Brinell）硬度试验、维氏（Vickers）硬度试验等。布氏硬度值（用HB或BHN表示）的定义为P/A，单位是N/m2，其中P是负载，A是形成压痕的球帽表面积。其中，d和D分别是压痕直径和压球直径，比值d/D需要保持常数并且很小。第31页，共53页，星期日，2025年，2月5日另外，硬度与材料的耐磨性能关系密切。硬度试验简便易行，一般只需几分钟就可以完成一个硬度试验，对所测试样不需要进行特别的加工处理，试验本身对试样也不会造成什么破坏，在实际工作中常用硬度值来粗略地比较材料的力学性能。例如：金属材料中的布氏硬度值(HB)与抗拉强度存在如下的经验公式：第32页，共53页，星期日，2025年，2月5日4.2.4冲击试验一种材料可能具有很高的抗拉强度，但是在冲击负载条件下却可能无法应用。为此，常常采用冲击试验来测量材料承受冲击的能力。在冲击试验时，一个重物摆从高度h0落下，打击并击断试样，然后继续运动到较低的高度hf。从摆的起始高度h0和最后高度hf，可以计算其势能差。这个势能差就是试样在断裂时所吸收的能量，可以表示为材料的耐冲击能力。这种材料抵抗冲击的能力又称为材料的冲击韧性。第33页，共53页，星期日，2025年，2月5日冲击试验有许多种方法，常用的有艾氏(Izod)冲击试验和夏氏(Charpy)冲击试验。试样可以有切口或没有切口。具有V型切口的试样适合用来测试材料抵抗裂纹扩展的能力。第34页，共53页，星期日，2025年，2月5日图4.8不锈钢和碳钢在不同温度下的夏氏冲击试验结果第35页，共53页，星期日，2025年，2月5日4.9材料的韧性、脆性与温度的关系韧脆转变温度第36页，共53页，星期日，2025年，2月5日材料在机械加工、制造过程中可能会出现切口。这些切口会引起应力集中，降低材料的冲击韧性。通过比较有切口和无切口的试样的冲击试验结果，可以得到材料的切口敏感性。如果材料具有切口敏感性，那意味着这一材料的有切口试样的吸收能远远低于无切口试样。切口敏感性第37页，共53页，星期日，2025年，2月5日图4.10真实应力--应变曲线材料的冲击性能与其真实应力--应变曲线的面积有关。金属具有较高的强度和较大的塑性，所以它的韧性较好。而陶瓷和许多复合材料虽然具有很高的强度，但是其只有很小或没有塑性形变，韧性也差。第38页，共53页，星期日，2025年，2月5日材料强化力学实验和材料性能第1页，共53页，星期日，2025年，2月5日第4章教学时数安排4.1概述4.2力学实验与材料性能4.4固溶强化4.3加工硬化4.5弥散强化4.6固态相变强化2个学时2个学时2个学时第2页，共53页，星期日，2025年，2月5日4.1概述材料的强度是材料性能中最重要的一项人类最早利用的材料性质就是力学性质对于结构材料来说，材料的强度更是决定该材料是否胜任实际要求的关键第3页，共53页，星期日，2025年，2月5日决定材料强度的关键因素1.原子之间的结合力2.位错不同材料有不同的力学行为,主要来自内部原子间结合力的差异。在提高材料强度方面，一般常见的方法就是形成新的相。除了原子间的键合类型和结合力外,对材料强度影响最大的因素是位错，通过影响位错的运动来达到强化材料的目的。近代金属物理领域中的最大成果就是关于材料中的位错的研究。第4页，共53页，星期日，2025年，2月5日材料强化的方式1.合金化和冷加工2.热处理构件处于高应力的塑性形变状态。固态下要发生相变有序强化第5页，共53页，星期日，2025年，2月5日对于那些没有塑性变形的脆性材料，也无法利用冷加工的方法来进一步强化材料。材料强化方式实现的条件如果在该材料的相图中没有共析相变反应，自然不可能采用共析分解强化。第6页，共53页，星期日，2025年，2月5日4.2力学实验与材料性能选择材料的一个基本原则力学性能研究材料的力学性能，可以了解材料缺陷的本质。必须分析材料使用的环境，以便判断什么是材料应该具有的最重要的性能。第7页，共53页，星期