模块一 金属材料的性能
课题一 金属的力学性能
金属材料之所以在各行各业，特别是制造业使用的如此广泛，是因为有其独特的性能。首先是具有耀眼的色泽，优良的导电、导热性能，对制造业来说，优良的力学性能（强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度）是制造零件的基础。
定义：力学性能 是指材料在不同环境（温度、介质）下承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力）所变现出来的性能。
主要指标：弹性极限、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。
ξ1-1 强度
一、弹性极限、强度、塑性
材料的力学性能测试是实验科学，拉伸试验，可以测定材料的弹性极限、强度和塑性。
弹性极限：材料在弹性变形（外力去掉以后变形消失的变形）范围内能够承受的最大应力。
强度：材料抵抗变形和断裂的能力。
塑性：材料在断裂前能够产生塑性变形的能力。
※拉伸试验
1、试验机 拉伸试验是材料力学性能测试中最常见的试验方法之一。试验中的弹性变形、塑性变形、断裂等各阶段真实地反映了材料抵抗外力作用的过程。拉伸试验所得到的材料强度和塑性性能数据对于设计和选材、新材料的研制、材料的采购和验收、产品的质量控制、设备的安全和评估都有很重要的应用价值和参考价值。
图1-1拉伸试验机
实验步骤：1. 接好电源线，开启电源开关，按顺序按下计算机开关和放大器电源开关，操作电脑键盘，使电脑进入WinPws(详见软件说明书) 。电脑和放大器开机预热时间不少于半小时。需要注意的是：必须先开启计算机电源开关后，再开启放大器电源开关，以免损坏AD 卡。
2. 根据试样形状及尺寸，把相应的钳口装入钳口座内。
3. 开动油阀，使油源工作，这时应松开回油阀。
4. 连接好打印机，等待工作。
5. 将试样的一端夹于上钳口中。
6. 开动电动机，将下钳口升降到适当高度，将试样另一端夹在下钳口中(注意使试件垂直) 。
7. 试样断裂后，关闭送油阀，并停止油缸工作，取下断裂后的试样。
8. 试验结束后，再操作电脑，进行报告的数据显示及打印报告。
※拉伸曲线
（实验结果，在电脑显示屏显示或打印）
2、弹性变形阶段
如图1-3所示，曲线O-e ，当载荷由零逐步增加到某一极限之前，随着载荷上升，试样变形量（伸长量ΔL ）随之上升，且成直线状态；特点是，此阶段载荷卸除，变形量随之消失（O-p ）。弹性变形：外力（载荷）去掉以后，变形消失的变形（如弹簧）。
弹性极限σe = F - e点的载荷，So- 试样截面原始面积。 e
对于要求弹性比较好的零件，如弹簧、自动机床的弹性夹头，要求材料的弹性极限比较高；含碳量0.60%左右的钢，如60Si 2Mn 就是一种常见的弹簧钢。
3、屈服变形阶段
如图1-3所示，曲线e-s, 当载荷超过了材料的弹性极限，到S 点的时候，即使载荷不增加，此时变形量急剧增加，且发生的变形是永久变形。如同我们拉弹簧时候，弹簧被拉直。对零件来说，尺寸发生变化，构件的精度会大大降低，基本失效。所以材料的屈服强度是零件设计的重要参数。
屈服强度
4、强化阶段
如图1-3所示，曲线s-b, 当载荷超过材料的屈服强度，材料会发生塑性变形。塑性变形，指的是材料发生永久变形。由于形变强化的原因，材料抵抗外力的能力会增加，但非正比例关系；呈曲线上升态势，至最高点，变形集中在工件最薄弱地方，开始“缩颈”，然后突然断裂。
抗拉强度σs = F - S点的载荷，So- 试样截面原始面积=。 s σb = F - b 点的载荷，试样能够承受的最大载荷。So- 试样截面b
原始面积。
显然，当零件承受的外力超过抗拉强度时，将发生突然断裂，引起设备事故、人员伤亡。该指标是构件设计的最重要指标。为安全计，一般根据实际可能的情况取一定的安全系数n = 1~3, σ-实际应力
【形变强化现象：当塑性材料在外力作用下产生变形时，材料的强度、硬度会上升的现象。】
【应力：单位截面承受的内力（等于外力、载荷）】
强度单位：MPa-兆帕 1兆帕=N/mm2=106N/m2
5、断裂（缩颈）阶段
如图1-3所示，当载荷承受的外力超过材料的抗拉强度，变形会集中在最薄弱的某处，产生大量变形，此时即使载荷不增加甚至下降，变形也会持续，材料承受载荷的实际截面会突然减少，然后会马上断裂。
二、塑性
拉伸试样可以测定材料的弹性极限、强度，还可以测定材料的塑性。
用两个指标衡量材料的塑性。
∙ 伸长率δ=×100% L 1：试样的原始长度（mm ）；L 0：试样拉断以后的长
度。
∙ 断面收缩率ψ=×100% F 0：试样的原始横截面积（mm ）；F 1：试2
样拉断以后的横截面积。F 0=； F 1=
伸长率δ和断面收缩率ψ越大，说明材料在断裂以前产生塑性变形的能力越强，也就是说，其塑性越好。
常见金属材料的强度塑性指标可查手册或产品说明书，迚行性能检测时，测得的实际值应大于或者等于性能指标才算合格。
ξ1-2、硬度
平常我们判断一个物体的硬度相对高低，是根据生活经验，或者是用一个物体在另一个物体表面划一下、压一下，看看留下的痕迹；这只能定性的分析该物体的相对硬度高低，不能定量计算。为此人们发明了硬度计，原理是用较硬的物体（压头）压入工件表面，分析留下的痕迹然后通过公式计算出物体的硬度。
那么到底什么是硬度呢？硬度：金属的硬度是金属材料抵抗局部变形, 特别是塑性变形、压痕或划痕的能力, 是衡量金属材料软硬程度的一种指标, 广泛应用在生产、科研及工程建设上。
一、布氏硬度
※布氏硬度实验
布氏硬度（Brinell Hardness）的测定原理是用一定大小的试验力F(N)（通常是以3000kgf 的压力F ，注：1kgf=9.8N
，
kgf 即一千克的力的意思）, 把直径为D （mm ）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面（图1），保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d (mm)，然后按公式求出布氏硬度HB 值，或者根据 d 从已备好的布氏硬度表中查出HB 值。
由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F 和压头直径D ，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径，对于同一种材料采用不同的F 和D 进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F 和D 的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。 特点：一般来说，布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其压痕直径越小。布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。
布氏硬度测量法适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质的钢材，不宜测定太硬、太小、太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。
国家标准(GB231-84)规定布氏硬度试验时，常用的0.102F/D的比例为30、10、2.5三种，根据金属材料的种类、试样硬度范围和厚度的不同，按下表（布氏硬度试验规范）选择试验压头（钢头）的直径D 、试验力F 及保持时间。
二、洛氏硬度
※洛氏硬度实验
洛氏硬度试验是简便、迅速的硬度测试方法。洛氏硬度试验方法广泛应用於生产
制造、科学研究的各个领域。
洛氏硬度试验是用标准型压头在先後两次对被试材料表面施加试验力（初试验力F0与总试验力F0 + F1），在试验力的作用下压头压入试样表面。在总试验力保持一定时间後，卸除主试验力F1，保留初始试验力F0的情况下测量压入深度，以总试验力下压入深度与在初试验力下的压入深度之差（即所谓的残馀压入深度）来表示硬度的高低，残余压入深度值越大，硬度值越低，反之亦然。
洛氏硬度的符号以HR 表示。为适应各种不同材料的应用，根据所用的压头及试验力的不同组合区分为洛氏硬度标尺（A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 、H 、K 、L 、M 、P 、R 、S 、V ……）；以HRC 使用最广泛。
试验方法
使用初始试验力F0将压头垂直压入试样表面，然後施加主试验力，使用总试验力F0+F1压入并保持一段时间後，撤除主试验力，保持初始试验力。施加主试验力後与施加主试验力前压痕深度的差值与材料的洛氏硬度值有著线形关系，在洛氏硬度标尺上每2微米压痕深度差值代表一个洛氏硬度刻度。
压头：金刚石压头
钢球压头，直径1.588毫米或3.175毫米
硬质合金球压头
总试验力60千克、100千克、150千克
硬度标尺
洛氏硬度试验采用三种试验力，三种压头，它们共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺：HRA 、HRB 、HRC 、HRD 、HRE 、HRF 、HRG 、HRH 和HRK 。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。最常用标尺是HRC 、HRB 和HRF ，其中HRC 标尺用於测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB 标尺用於测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF 标尺用於测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA 标尺尽管也可用於大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限於测试硬质合金和薄硬钢带材料。
表面洛氏硬度试验采用三种试验力，两种压头，它们有6种组合，对应于表面洛氏硬度的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充，在采用洛氏硬度试验时，当遇到材料较薄，试样较小，表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时，就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头，采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力，就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N 标尺适用於类似洛氏硬度的HRC 、HRA 和HRD 测试的材料；T 标尺适用於类似洛氏硬度的HRB 、HRF 和HRG 测试的材料。
三、维氏硬度
※维氏硬度实验
维氏硬度试验最初于20世纪20年代初被提出，比起其他硬度试验其优点有：硬度值与压头大小、负荷值无关；无需根据材料软硬变换压头；正方形的压痕轮廓边缘清晰，便于测量。维氏硬度被应用于所有金属，并是应用最广泛的硬度标准之一。
只要被测材料质地均匀，维氏硬度试验可以用低负荷和小压痕得到可靠的硬度值，这样能减少材料破坏，或用于薄小的试验材料。这一点上维氏硬度要优于布氏硬度。
另外，在硬度不高（硬度值400以下）的同一均匀材料上，维氏和布氏硬度试验得出的数值近似。
实验原理 维氏硬度试验使用正四棱锥形的金刚石压头，其相对面夹角为136
°。由于其硬度极高，金刚石压头可以用于压入几乎所有材料，而且棱锥的形状使得压痕和压头本身的大小无关。将压头用一定的负荷（试验力）压入被测材料表面。保持负荷一定时间后，卸除负荷，测量材料表面的方形压痕之对角线长度。对相互垂直的二对角线长度（l
1和l 2）取其算术平均值。
3、硬度计算
维氏硬度值的计算公式为：
S = 压痕表面积 (平方毫米)
α = 压头相对面夹角=136°
d = 平均压痕对角线长度 (毫米)
ξ1-3 韧性
※冲击实验
1、冲击试验机及标准试样
实验原理
摆锤打断试样后对试样做功，试样吸收的冲击功越大，则材料抵抗冲击破坏的能力越强。
3、韧性计算
冲击功W K =MG(h1-h2) 单位：焦耳。
冲击韧性A K = 单位：焦耳/厘米 （ J/cm2）。
M-摆锤的质量 G-重力加速度
F 0-试样断口截面面积（cm 2）
注意：实验表明，材料抵抗大能量冲击的能力取决于材料的冲击韧性；但是当材料承受的是小能量多次冲击时，材料抵抗破坏的能力还是取决于材料的强度σb
ξ1-4 疲劳强度
※疲劳实验
1、疲劳试验机
疲劳现象 金属材料在承受交变载荷（大小随时间变化的载荷）时候，其抵抗破坏的能力会大大下降的现象。
其它实验简介
弯曲试验
弯曲试验主要用来检验材料在受弯曲载荷作用下的性能。因为机器零件是在弯曲载荷下工作的, 需要对这些机件的材料迚行弯曲试验。
压缩试验
压缩试验是一种常用的试验。在实际工程中, 有很多承受压缩载荷的构件, 这就需要对其原材料迚行压缩试验评定。
扭转试验
在机械、石油、冶金等工程中有许多机械零件部件承受扭转载荷的作用, 因此, 必须测定其相关材料的扭转性能指标, 为设计提供依据。
剪切试验
在实际工程中, 如用剪切机剪断钢丝或钢板, 工程结构件中常用的销、键、铆钉、螺栓等连接件都要承受剪切力。在这种情况下, 构件的设计和制造都需要考虑材料的抗剪强度, 需要对材料迚行剪切试验。
思考与计算
1–1 什么是金属的力学性能? 根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标?
1–2 什么是强度? 什么是塑性? 衡量这两种性能的指标有哪些? 各用什么符号表示?
1–3 什么是硬度？常用硬度试验方法有哪几种？
1–4 低碳钢做成的d o =10 mm 的圆形短试样经拉伸试验，得到如下数据：F s ＝21000N ，F b =35000N，l 1＝65mm ，d 1=6mm。试求低碳钢的σs 、σb 、δ5、、ψ 。
1–5 选择下列材料的硬度测试方法：
(1) 调质钢；(2) 手用钢锯条；(3) 硬质合金刀片；(4) 灰铸铁件；（5）淬火钢件。
1–6 什么是冲击韧度? A KV 和 a KV 各代表什么?
1–7 什么是疲劳现象? 什么是疲劳强度?
模块一 金属材料的性能
课题一 金属的力学性能
金属材料之所以在各行各业，特别是制造业使用的如此广泛，是因为有其独特的性能。首先是具有耀眼的色泽，优良的导电、导热性能，对制造业来说，优良的力学性能（强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度）是制造零件的基础。
定义：力学性能 是指材料在不同环境（温度、介质）下承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力）所变现出来的性能。
主要指标：弹性极限、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度。
ξ1-1 强度
一、弹性极限、强度、塑性
材料的力学性能测试是实验科学，拉伸试验，可以测定材料的弹性极限、强度和塑性。
弹性极限：材料在弹性变形（外力去掉以后变形消失的变形）范围内能够承受的最大应力。
强度：材料抵抗变形和断裂的能力。
塑性：材料在断裂前能够产生塑性变形的能力。
※拉伸试验
1、试验机 拉伸试验是材料力学性能测试中最常见的试验方法之一。试验中的弹性变形、塑性变形、断裂等各阶段真实地反映了材料抵抗外力作用的过程。拉伸试验所得到的材料强度和塑性性能数据对于设计和选材、新材料的研制、材料的采购和验收、产品的质量控制、设备的安全和评估都有很重要的应用价值和参考价值。
图1-1拉伸试验机
实验步骤：1. 接好电源线，开启电源开关，按顺序按下计算机开关和放大器电源开关，操作电脑键盘，使电脑进入WinPws(详见软件说明书) 。电脑和放大器开机预热时间不少于半小时。需要注意的是：必须先开启计算机电源开关后，再开启放大器电源开关，以免损坏AD 卡。
2. 根据试样形状及尺寸，把相应的钳口装入钳口座内。
3. 开动油阀，使油源工作，这时应松开回油阀。
4. 连接好打印机，等待工作。
5. 将试样的一端夹于上钳口中。
6. 开动电动机，将下钳口升降到适当高度，将试样另一端夹在下钳口中(注意使试件垂直) 。
7. 试样断裂后，关闭送油阀，并停止油缸工作，取下断裂后的试样。
8. 试验结束后，再操作电脑，进行报告的数据显示及打印报告。
※拉伸曲线
（实验结果，在电脑显示屏显示或打印）
2、弹性变形阶段
如图1-3所示，曲线O-e ，当载荷由零逐步增加到某一极限之前，随着载荷上升，试样变形量（伸长量ΔL ）随之上升，且成直线状态；特点是，此阶段载荷卸除，变形量随之消失（O-p ）。弹性变形：外力（载荷）去掉以后，变形消失的变形（如弹簧）。
弹性极限σe = F - e点的载荷，So- 试样截面原始面积。 e
对于要求弹性比较好的零件，如弹簧、自动机床的弹性夹头，要求材料的弹性极限比较高；含碳量0.60%左右的钢，如60Si 2Mn 就是一种常见的弹簧钢。
3、屈服变形阶段
如图1-3所示，曲线e-s, 当载荷超过了材料的弹性极限，到S 点的时候，即使载荷不增加，此时变形量急剧增加，且发生的变形是永久变形。如同我们拉弹簧时候，弹簧被拉直。对零件来说，尺寸发生变化，构件的精度会大大降低，基本失效。所以材料的屈服强度是零件设计的重要参数。
屈服强度
4、强化阶段
如图1-3所示，曲线s-b, 当载荷超过材料的屈服强度，材料会发生塑性变形。塑性变形，指的是材料发生永久变形。由于形变强化的原因，材料抵抗外力的能力会增加，但非正比例关系；呈曲线上升态势，至最高点，变形集中在工件最薄弱地方，开始“缩颈”，然后突然断裂。
抗拉强度σs = F - S点的载荷，So- 试样截面原始面积=。 s σb = F - b 点的载荷，试样能够承受的最大载荷。So- 试样截面b
原始面积。
显然，当零件承受的外力超过抗拉强度时，将发生突然断裂，引起设备事故、人员伤亡。该指标是构件设计的最重要指标。为安全计，一般根据实际可能的情况取一定的安全系数n = 1~3, σ-实际应力
【形变强化现象：当塑性材料在外力作用下产生变形时，材料的强度、硬度会上升的现象。】
【应力：单位截面承受的内力（等于外力、载荷）】
强度单位：MPa-兆帕 1兆帕=N/mm2=106N/m2
5、断裂（缩颈）阶段
如图1-3所示，当载荷承受的外力超过材料的抗拉强度，变形会集中在最薄弱的某处，产生大量变形，此时即使载荷不增加甚至下降，变形也会持续，材料承受载荷的实际截面会突然减少，然后会马上断裂。
二、塑性
拉伸试样可以测定材料的弹性极限、强度，还可以测定材料的塑性。
用两个指标衡量材料的塑性。
∙ 伸长率δ=×100% L 1：试样的原始长度（mm ）；L 0：试样拉断以后的长
度。
∙ 断面收缩率ψ=×100% F 0：试样的原始横截面积（mm ）；F 1：试2
样拉断以后的横截面积。F 0=； F 1=
伸长率δ和断面收缩率ψ越大，说明材料在断裂以前产生塑性变形的能力越强，也就是说，其塑性越好。
常见金属材料的强度塑性指标可查手册或产品说明书，迚行性能检测时，测得的实际值应大于或者等于性能指标才算合格。
ξ1-2、硬度
平常我们判断一个物体的硬度相对高低，是根据生活经验，或者是用一个物体在另一个物体表面划一下、压一下，看看留下的痕迹；这只能定性的分析该物体的相对硬度高低，不能定量计算。为此人们发明了硬度计，原理是用较硬的物体（压头）压入工件表面，分析留下的痕迹然后通过公式计算出物体的硬度。
那么到底什么是硬度呢？硬度：金属的硬度是金属材料抵抗局部变形, 特别是塑性变形、压痕或划痕的能力, 是衡量金属材料软硬程度的一种指标, 广泛应用在生产、科研及工程建设上。
一、布氏硬度
※布氏硬度实验
布氏硬度（Brinell Hardness）的测定原理是用一定大小的试验力F(N)（通常是以3000kgf 的压力F ，注：1kgf=9.8N
，
kgf 即一千克的力的意思）, 把直径为D （mm ）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面（图1），保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d (mm)，然后按公式求出布氏硬度HB 值，或者根据 d 从已备好的布氏硬度表中查出HB 值。
由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F 和压头直径D ，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径，对于同一种材料采用不同的F 和D 进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F 和D 的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。 特点：一般来说，布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其压痕直径越小。布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。
布氏硬度测量法适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质的钢材，不宜测定太硬、太小、太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。
国家标准(GB231-84)规定布氏硬度试验时，常用的0.102F/D的比例为30、10、2.5三种，根据金属材料的种类、试样硬度范围和厚度的不同，按下表（布氏硬度试验规范）选择试验压头（钢头）的直径D 、试验力F 及保持时间。
二、洛氏硬度
※洛氏硬度实验
洛氏硬度试验是简便、迅速的硬度测试方法。洛氏硬度试验方法广泛应用於生产
制造、科学研究的各个领域。
洛氏硬度试验是用标准型压头在先後两次对被试材料表面施加试验力（初试验力F0与总试验力F0 + F1），在试验力的作用下压头压入试样表面。在总试验力保持一定时间後，卸除主试验力F1，保留初始试验力F0的情况下测量压入深度，以总试验力下压入深度与在初试验力下的压入深度之差（即所谓的残馀压入深度）来表示硬度的高低，残余压入深度值越大，硬度值越低，反之亦然。
洛氏硬度的符号以HR 表示。为适应各种不同材料的应用，根据所用的压头及试验力的不同组合区分为洛氏硬度标尺（A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 、H 、K 、L 、M 、P 、R 、S 、V ……）；以HRC 使用最广泛。
试验方法
使用初始试验力F0将压头垂直压入试样表面，然後施加主试验力，使用总试验力F0+F1压入并保持一段时间後，撤除主试验力，保持初始试验力。施加主试验力後与施加主试验力前压痕深度的差值与材料的洛氏硬度值有著线形关系，在洛氏硬度标尺上每2微米压痕深度差值代表一个洛氏硬度刻度。
压头：金刚石压头
钢球压头，直径1.588毫米或3.175毫米
硬质合金球压头
总试验力60千克、100千克、150千克
硬度标尺
洛氏硬度试验采用三种试验力，三种压头，它们共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺：HRA 、HRB 、HRC 、HRD 、HRE 、HRF 、HRG 、HRH 和HRK 。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。最常用标尺是HRC 、HRB 和HRF ，其中HRC 标尺用於测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB 标尺用於测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF 标尺用於测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA 标尺尽管也可用於大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限於测试硬质合金和薄硬钢带材料。
表面洛氏硬度试验采用三种试验力，两种压头，它们有6种组合，对应于表面洛氏硬度的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充，在采用洛氏硬度试验时，当遇到材料较薄，试样较小，表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时，就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头，采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力，就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N 标尺适用於类似洛氏硬度的HRC 、HRA 和HRD 测试的材料；T 标尺适用於类似洛氏硬度的HRB 、HRF 和HRG 测试的材料。
三、维氏硬度
※维氏硬度实验
维氏硬度试验最初于20世纪20年代初被提出，比起其他硬度试验其优点有：硬度值与压头大小、负荷值无关；无需根据材料软硬变换压头；正方形的压痕轮廓边缘清晰，便于测量。维氏硬度被应用于所有金属，并是应用最广泛的硬度标准之一。
只要被测材料质地均匀，维氏硬度试验可以用低负荷和小压痕得到可靠的硬度值，这样能减少材料破坏，或用于薄小的试验材料。这一点上维氏硬度要优于布氏硬度。
另外，在硬度不高（硬度值400以下）的同一均匀材料上，维氏和布氏硬度试验得出的数值近似。
实验原理 维氏硬度试验使用正四棱锥形的金刚石压头，其相对面夹角为136
°。由于其硬度极高，金刚石压头可以用于压入几乎所有材料，而且棱锥的形状使得压痕和压头本身的大小无关。将压头用一定的负荷（试验力）压入被测材料表面。保持负荷一定时间后，卸除负荷，测量材料表面的方形压痕之对角线长度。对相互垂直的二对角线长度（l
1和l 2）取其算术平均值。
3、硬度计算
维氏硬度值的计算公式为：
S = 压痕表面积 (平方毫米)
α = 压头相对面夹角=136°
d = 平均压痕对角线长度 (毫米)
ξ1-3 韧性
※冲击实验
1、冲击试验机及标准试样
实验原理
摆锤打断试样后对试样做功，试样吸收的冲击功越大，则材料抵抗冲击破坏的能力越强。
3、韧性计算
冲击功W K =MG(h1-h2) 单位：焦耳。
冲击韧性A K = 单位：焦耳/厘米 （ J/cm2）。
M-摆锤的质量 G-重力加速度
F 0-试样断口截面面积（cm 2）
注意：实验表明，材料抵抗大能量冲击的能力取决于材料的冲击韧性；但是当材料承受的是小能量多次冲击时，材料抵抗破坏的能力还是取决于材料的强度σb
ξ1-4 疲劳强度
※疲劳实验
1、疲劳试验机
疲劳现象 金属材料在承受交变载荷（大小随时间变化的载荷）时候，其抵抗破坏的能力会大大下降的现象。
其它实验简介
弯曲试验
弯曲试验主要用来检验材料在受弯曲载荷作用下的性能。因为机器零件是在弯曲载荷下工作的, 需要对这些机件的材料迚行弯曲试验。
压缩试验
压缩试验是一种常用的试验。在实际工程中, 有很多承受压缩载荷的构件, 这就需要对其原材料迚行压缩试验评定。
扭转试验
在机械、石油、冶金等工程中有许多机械零件部件承受扭转载荷的作用, 因此, 必须测定其相关材料的扭转性能指标, 为设计提供依据。
剪切试验
在实际工程中, 如用剪切机剪断钢丝或钢板, 工程结构件中常用的销、键、铆钉、螺栓等连接件都要承受剪切力。在这种情况下, 构件的设计和制造都需要考虑材料的抗剪强度, 需要对材料迚行剪切试验。
思考与计算
1–1 什么是金属的力学性能? 根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标?
1–2 什么是强度? 什么是塑性? 衡量这两种性能的指标有哪些? 各用什么符号表示?
1–3 什么是硬度？常用硬度试验方法有哪几种？
1–4 低碳钢做成的d o =10 mm 的圆形短试样经拉伸试验，得到如下数据：F s ＝21000N ，F b =35000N，l 1＝65mm ，d 1=6mm。试求低碳钢的σs 、σb 、δ5、、ψ 。
1–5 选择下列材料的硬度测试方法：
(1) 调质钢；(2) 手用钢锯条；(3) 硬质合金刀片；(4) 灰铸铁件；（5）淬火钢件。
1–6 什么是冲击韧度? A KV 和 a KV 各代表什么?
1–7 什么是疲劳现象? 什么是疲劳强度?