金屬材料(含軸承鋼材料)的力學(xué)性能檢測(cè)

金屬材料的力學(xué)性能檢測(cè)
金屬的力學(xué)性能（或叫機(jī)械性能）是金屬材料抵抗外力作用的能力。鋼的力學(xué)性能檢驗(yàn)，就是利用一定外力或能量作用于鋼的試樣上，以測(cè)定鋼的這種能力。根據(jù)試驗(yàn)方法的不同，可測(cè)得多種力學(xué)性能指標(biāo)。鋼的常用力學(xué)性能指標(biāo)包括硬度（布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度等）、抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、沖擊吸收功等。本章僅選擇幾種比較重要和常用的力學(xué)性能試驗(yàn)方法作簡(jiǎn)要介紹。

一、硬度試驗(yàn)
   已頒布的硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有：GB231-84金屬布氏硬度試驗(yàn)方法、GB230-84金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法、GB4341-84金屬肖氏硬度試驗(yàn)方法、GB4340-84金屬維氏硬度試驗(yàn)方法、GB4342-84金屬顯微維氏硬度試驗(yàn)方法等。
   硬度是表示材料表面一個(gè)小區(qū)域內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的一種能力。測(cè)定金屬材料的硬度就能夠給出其軟硬程度的數(shù)量概念，因此硬度也是衡量金屬軟硬程度的判據(jù)。實(shí)際上，硬度不是一個(gè)單純的物理或力學(xué)量．它是代表著彈性、塑性、塑性形變強(qiáng)化率、強(qiáng)度和韌性等一系列不同的物理量組合的一種綜合性能指標(biāo)。
   硬度試驗(yàn)在生產(chǎn)和科學(xué)研究中應(yīng)用極為普遍。它之所以被廣泛用來檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)金屬材料的性能，是由其許多特點(diǎn)決定的。首先，硬度試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅速方便，硬度是金屬力學(xué)性能中最易測(cè)量的一種性能；其次，硬度和其它力學(xué)性能一樣，也決定于金屬材料的成分、組織與結(jié)構(gòu)。它與其它力學(xué)性能之間存在一定的關(guān)系，因此可通過測(cè)定金屬的硬度間接地獲得其它力學(xué)性能的數(shù)值；最后，硬度試驗(yàn)壓痕小，一般不損壞零件，可以直接在成品或半成品上測(cè)定，且不受被測(cè)物體大小、脆韌的限制。這是其它力學(xué)性能試驗(yàn)方法所不可及的優(yōu)點(diǎn)。
硬度的測(cè)試方法很多，一般多采用壓人法來測(cè)定硬度。常見的有布氏硬度試驗(yàn)、洛氏硬度試驗(yàn)、維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)等，此外還有肖氏硬度試驗(yàn)（回跳法）、里氏硬度試驗(yàn)。
(一) 布氏硬度
   布氏硬度試驗(yàn)是用一定的靜力負(fù)荷F，將直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓人被測(cè)材料的表面，保持一定的時(shí)間后卸除負(fù)荷，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑d，如圖3-27所示。計(jì)算單位壓痕面積上承受
的壓力，即計(jì)算試樣上的鋼球或硬質(zhì)合金球壓痕的球冠面積S上承受的平均壓力。
HBS(或HBW)=0.102F/S=0.102F/πDh
式中HBS(或HBW) --布氏硬度值(HBS壓頭為淬火鋼球；HBW壓頭為硬質(zhì)合金球)      
在實(shí)際試驗(yàn)中，壓痕深度h的測(cè)量比較困難，而測(cè)量壓
痕直徑d 比較方便，因此將式中的h換算成d。因此計(jì)算公
式變?yōu)?/span>
HBS（或HBW）＝0.204F/πD(D-√D2-d2)
用目測(cè)顯微鏡測(cè)出壓痕直徑d即可計(jì)算出硬度值HBS（或HBW）。實(shí)際測(cè)量時(shí)，可根據(jù)測(cè)出的d值從表中直接查出HBS(或HBW)值。                                           圖3-27   布氏硬度試驗(yàn)原理
布氏硬度低于450的金屬材料試驗(yàn)時(shí)其壓頭可選用淬火鋼球，布氏硬度值在450~650之間的金屬材料試驗(yàn)時(shí)其壓頭可選用硬質(zhì)合金球。在進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)被試金屬材料的種類和試樣厚度，選用不同大小的壓頭直徑D，施加負(fù)荷F和負(fù)荷保持時(shí)間t。按GB231-84規(guī)定，壓頭直徑有10、5、2.5、2和1 mm五種；負(fù)荷與壓頭直徑平方的比值（F/D2）有30、15、10、5、2.5、1.25和1七種，；負(fù)荷的保持時(shí)間為，黑色金屬10~15s，有色金屬30s，布氏硬度值低于35時(shí)為60s。常用的布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范見表5-1。
布氏硬度單位為kgf/mm2，但習(xí)慣上只寫明硬度的數(shù)值而不標(biāo)出單位。一般硬度符號(hào)HBS(或HBW)前面的數(shù)值為硬度值，符號(hào)后面的數(shù)值依次表示球體直徑、負(fù)荷大小及負(fù)荷保持時(shí)間（保持時(shí)間為10~15s  時(shí)不標(biāo)注）。例如，120HBS10/1000/30表示用直徑為10mm的鋼球，在1000kgf(9807N)負(fù)荷作用下保持

表3-1    常用布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范
金屬
材料 布氏硬度
HB 試樣厚度
mm F/D2 鋼球直徑D
mm 載荷F
Kgf 加載時(shí)間t
S
鋼
及
鑄
鐵 140~450 6~3
4~2
<2 30 10
5
2.5 3000
750
187.5 10
<140 >6
6~3 10 10
5 1000
250 10
有
色
金
屬 >130 6~3
4~2
<2 30 10
5
2.5 3000
750
187.5
30

35~130 9~3
6~3 10 10
5 1000
250 30
<35 >6 2.5 10 250 60
30s，測(cè)得的布氏硬度值為120。500HBW5/750表示用直徑為5mm的硬度合金球，在750kgf (7355N)負(fù)荷作用下保持10~15s，測(cè)得的布氏硬度值為500。
   布氏硬度試驗(yàn)應(yīng)在布氏硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。常見的布氏硬度試驗(yàn)機(jī)有油壓式和機(jī)械式兩大類。試驗(yàn)時(shí)，(1)首先選定壓頭，裝人主軸襯套中，然后選定負(fù)荷，加上相應(yīng)的祛碼，確定加載時(shí)間；（2）接通電源，使指示燈燃亮；(3)將試樣置于工作臺(tái)上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使壓頭壓向試樣表面，直至手輪對(duì)下面螺母不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)為止；（4）按動(dòng)試驗(yàn)力按鈕，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)即施加試驗(yàn)力，達(dá)到所要求的持續(xù)時(shí)間后，轉(zhuǎn)動(dòng)即自行停止；（5）逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，降下工作臺(tái)，取下試樣，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕直徑d，據(jù)此值從表中即可查出HB值。
新型的布氏硬度計(jì)采用了電子計(jì)時(shí)取代機(jī)械計(jì)時(shí)，
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用更為方便。
布氏硬度試驗(yàn)后，壓痕直徑d應(yīng)在0.25D~0.6D范
圍，否則試驗(yàn)結(jié)果無效。
布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是壓痕面積較大，能反映較大    
體積范圍的各組成物的平均性能，代表性較全面，試驗(yàn)
結(jié)果也比較穩(wěn)定，和材料的抗拉強(qiáng)度有近似關(guān)系。
   對(duì)于鋼鐵材料   σb(MPa)≈3.3HB
在工廠，日常檢驗(yàn)大鍛件、大鑄件的布氏硬度值時(shí)，
可采用錘擊式簡(jiǎn)易布氏硬度計(jì)(圖3-28),它的主要部分           圖3-28   錘擊式簡(jiǎn)易布氏硬度計(jì)
有鋼球3、錘擊桿4及標(biāo)準(zhǔn)試樣6。試驗(yàn)時(shí)使鋼球抵住       1-球帽， 2-握持器， 3-鋼球， 4-錘擊桿
工件表面，并使握持器與被測(cè)表面垂直，用手錘敲擊錘              5-彈簧，  6-標(biāo)準(zhǔn)試樣
擊桿頂端一次，鋼球在工件表面及標(biāo)準(zhǔn)試樣上同時(shí)打出一個(gè)壓痕，測(cè)出工件的壓痕直徑d和標(biāo)準(zhǔn)試樣的壓痕直徑d’，查表就可求得工件的布氏硬度值。        
(二) 洛氏硬度
洛氏硬度試驗(yàn)法是目前工廠生產(chǎn)檢驗(yàn)中應(yīng)用最廣泛的硬
度試驗(yàn)方法。洛氏硬度試驗(yàn)的原理是用一個(gè)頂角為120&#730;的金
剛石圓錐體或直徑為1.588mm（1/16英寸）的淬  
火鋼球?yàn)閴侯^，在規(guī)定的載荷作用下壓人被測(cè)金屬表面，然后根據(jù)壓痕深度來確定試件的硬度值。
圖3-29表示金剛石圓錐壓頭的洛氏硬度試驗(yàn)原理。試驗(yàn)時(shí)，
先加初載荷98.07N(l0kgf)，使壓頭緊密接觸試件表面，此時(shí)壓入深度為h1，然后加主載荷，繼續(xù)壓人金屬中，待總

載荷（初     圖3-29  洛氏硬度試驗(yàn)原理示意圖
載荷十主載荷）全部加上并穩(wěn)定后，將主載荷去除，由于被測(cè)試件金屬彈性變形的恢復(fù)，壓頭壓人深度是h3, 壓頭在主載荷作用下壓入金屬中的塑性變形深度就是h(h=h3－h1)，并以此來衡量被測(cè)金   屬的硬度。顯然，h越大，金屬的硬度越低；反之，硬度越高。考慮到數(shù)值越大硬度越高的習(xí)慣，故采用一個(gè)常數(shù)K減去h來表示硬度高低，并用每0.002mm的壓痕深度為一個(gè)硬度單位，由此     獲得的硬度值稱為洛氏硬度，用HR表示。即
HR=(K-h)/0.002
式中K為常數(shù)，用金剛石圓錐壓頭時(shí)，K= 0.2mm;用淬火鋼球壓頭時(shí)，K＝0.26mm。由此獲得的洛氏硬度值HR只表示硬度高低而沒有單位，試驗(yàn)時(shí)，可由硬度計(jì)的指示器上直接讀出。

  根據(jù)金屬材料軟硬程度不一，可選用不同的壓頭和載荷配合使用，測(cè)得的硬度值分別用不同的符號(hào)來表示。三種常用的洛氏硬度符號(hào)、試驗(yàn)條件和應(yīng)用列于表3-2。
表3-2     常用洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用
標(biāo)尺符號(hào) 所用壓頭 總載荷
/Kgf 測(cè)量范圍
(HR) 應(yīng) 用 范 圍
HRA 120&#730;金剛石圓錐 60 60~85 碳化物、硬質(zhì)合金、淬火工具鋼、淺層表面硬化鋼
HRB 1/16”（Φ1.588mm）鋼球 100 25~100 軟鋼、銅合金、鋁合金、可鍛鑄鐵
HRC 120&#730;金剛石圓錐 150 20~70 淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化鋼

常用洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)如圖3-30所示。其主要部件包括：機(jī)體和工作臺(tái)、加載機(jī)構(gòu)、千分表和指示盤。
試驗(yàn)時(shí)，將符合要求的試樣置于試樣臺(tái)上，順時(shí)針
旋轉(zhuǎn)手輪．使試樣與壓頭緩慢接觸，直至表盤小指針指
到紅點(diǎn)為止，此時(shí)已加預(yù)載荷98N (10kgf)。然后將表
盤大指針調(diào)整至零點(diǎn)，(HRA、HRC零點(diǎn)為0，HRB零
點(diǎn)為30)。按下按鈕，平穩(wěn)地加上主載荷。表盤中大指
針反向旋轉(zhuǎn)若干格后停止，持續(xù)幾秒(視材料軟硬程度而
定)，之后再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖柄．直到自鎖時(shí)，即卸去主載
荷。大指針退回若干格，最后由表盤上可直接讀出洛氏硬度值(HRA、HRC讀外圈黑刻度，HRB讀內(nèi)圈紅刻度)。
上述洛氏硬度試驗(yàn)應(yīng)在試樣的平面上進(jìn)行，若在曲率
半徑較小的柱面或球面上測(cè)定硬度時(shí)，應(yīng)在測(cè)得的硬度位
上，再加上一定的修正值，曲率半徑越小，修正值越大。
修正值的大小可由GB230-83附表中查得。
洛氏硬度試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是操作迅速簡(jiǎn)便，由于壓痕小，  圖3-30   HR-100型洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖
故可在工件表面或較薄的金屬上進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)，采用不  1--支點(diǎn)；2--指示器；3--壓頭；4--試樣；5--試樣臺(tái)
同壓頭和載荷，可以測(cè)出從極軟到極硬材料的硬度。其缺   6--螺桿:7--手輪；8--按鈕；9--杠桿；10--縱桿；
度。點(diǎn)是因壓痕較小，對(duì)組織比較粗大且不均勻的材料，     11—砝碼；12--油壓緩沖器；16--轉(zhuǎn)盤
測(cè)得的硬度值重復(fù)性差，分散度大，另不同的標(biāo)度測(cè)定的硬度值不能直接進(jìn)行比較。
由于洛氏硬度試驗(yàn)的載荷較大，不宜用來測(cè)定極薄的工件及氮化層，金屬鍍層等的硬度，這時(shí)可使用表面洛氏硬度計(jì)。其初載荷為3gf(29.4N)，總載荷為15Kgf(147.2N)、30Kgf(294.3N)、45Kgf(441.5N)，常數(shù)K取0.1mm，以0.001mm壓痕深度為一個(gè)硬度單位。
(三) 維氏硬度
維氏硬度的測(cè)試原理基本上和布氏硬度試驗(yàn)相同。圖3-31為維氏硬度試驗(yàn)原理示意圖。它是用一個(gè)相對(duì)面間夾角為136&#730;的金剛石正四棱錐體壓頭，在規(guī)定載荷F的作用下壓人被測(cè)金屬表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷。然后再測(cè)量壓痕的兩對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值d(壓痕深度約為壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的1/7), 進(jìn)
而計(jì)算出壓痕的表面積S，最后求出壓痕表面積上平均壓力（F/S），以此作為被測(cè)金屬的硬度值，稱為維氏硬度．用符號(hào)HV表示。即
         HV=F/S=1.8544F(Kgf)/d2 =0.1891F(N)/d2
維氏硬度的單位是kgf/mm2，但習(xí)慣上只寫出硬度數(shù)值而不標(biāo)出單位。與布氏硬度值一樣，在硬度符號(hào)HV之前的數(shù)字為硬度值，HV后的數(shù)位依次表示載荷和載荷保持
時(shí)間（保持時(shí)間為10~15s時(shí)不標(biāo)注）。例如640HV30表示在30kgf
(294.2N)載荷下，保持10~15s測(cè)得的維氏硬度值為640。640HV30/20
表示在30kgf(294. 2N)載荷作用下，保持20s測(cè)得的維氏硬度位為640。
維氏硬度試驗(yàn)常用的載荷有5 (49.03)、10 (98.07),20 (196.1)、
30 (294.2)、50(490.3)和100 (980.7)kgf(N)等幾種。試驗(yàn)時(shí)，載荷F應(yīng)根
據(jù)試樣的硬度與厚度來選擇。一般在試樣厚度允許的情況下盡可能選用
較大載荷，以獲得較大壓痕，提高測(cè)量精度。實(shí)際測(cè)試時(shí)，硬度值并不
需要計(jì)算，只要用裝在機(jī)體上的測(cè)量顯微鏡測(cè)出壓痕兩對(duì)角線的平均長(zhǎng)
度d，就可根據(jù)d的大小在GB4340-84附表中查得硬度值。
維氏硬度試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是所加載荷小，壓人深度淺，故適用于測(cè)試
零件表面淬硬層及化學(xué)熱處理的滲層（如滲碳層、滲氮層）的硬度；同    圖3-31  維氏硬度試驗(yàn)原理示
時(shí)維氏硬度是一個(gè)連續(xù)一致的標(biāo)尺，試驗(yàn)時(shí)載荷可任意選擇，而不影響            意圖
其硬度值的大小，因此可測(cè)定從極軟到極硬的各種金屬材料的硬度。維氏硬度試驗(yàn)法的缺點(diǎn)是其硬度值的測(cè)定較麻煩，工作效率不如測(cè)洛氏硬度高。
為了測(cè)量淺層滲層、鍍層、極薄片工件等硬度，可選用小負(fù)荷維氏硬度計(jì)。小負(fù)荷維氏硬度計(jì)的試驗(yàn)力范圍為0.2~<5Kgf(1.961~<49.03N)，其試驗(yàn)原理和操作過程和維氏硬度計(jì)完全一樣。

(四) 顯微硬度
   用布氏、洛氏及維氏硬度試驗(yàn)法測(cè)定材料的硬度時(shí)，由于其載荷大，壓痕面積大，只能得到金屬材料組織的平均硬度值。也就是說，當(dāng)金屬材料是由幾個(gè)相的機(jī)械混合物組成時(shí)，測(cè)得的硬度值只是這個(gè)混合物的平均硬度。但是在金屬材料的試驗(yàn)工作中，往往需要測(cè)定某一組織組成物的硬度，例如測(cè)定某個(gè)相、某個(gè)晶粒、夾雜物或其它組成體的硬度；或者對(duì)于研究擴(kuò)散層組織、偏析相、硬化層深度以及極薄層試樣等，這時(shí)就可以應(yīng)用顯微硬度試驗(yàn)法。
   顯微硬度試驗(yàn)法其原理與維氏硬度試驗(yàn)法一樣，也是以載荷與壓痕表面積之比來確定，不同的是，顯微硬度試驗(yàn)法所采用的載荷很小，一般在1~200gf(0.0098~1.961N)。若載荷F以Kgf為單位，壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度d以&micro;m為單位計(jì)算，則顯微硬度值也可用HV表示，其計(jì)算公式為
HV=1854.4F(gf)/d2=0.1891F(N)/d2
實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，硬度值并不需要用上述公式計(jì)算，只要用測(cè)量顯微鏡測(cè)出壓痕兩對(duì)角線的平均長(zhǎng)度d，就可根據(jù)d的大小查表求得。
顯微硬度的表示方法和維氏硬度一樣，在硬度符號(hào)HV之前的數(shù)字為硬度值，HV后的數(shù)位依次表示載荷(Kgf)和載荷保持時(shí)間（保持時(shí)間為10~15s時(shí)不標(biāo)注）。例如450HV0.1表示在0.1kgf(0.98N)載荷下，保持10~15s測(cè)得的顯微維氏硬度值為450；450HV0.1/30表示在0.1kgf(0.98N)載荷作用下，保持30s測(cè)得的維氏硬度值為450。
   顯微硬度試驗(yàn)試樣的最小厚度如表3-3所列。
                         表3-3  顯微硬度試驗(yàn)試樣最小厚度
載荷(N)     HV
900 800 700 600 500 400 300 200 100
試樣最小厚度(mm)
0.4903 0.015 0.016 0.017 0.019 0.020 0.023 0.026 0.032 0046
0.9807 0.021 0.022 0.024 0.026 0.028 0.032 0.036 0.045 0.065
1.961 0.030 0.032 0.035 0.036 0.041 0.046 0.053 0.065 0.091
2.943 0.037 0.040 0.042 0.046 0.050 0.056 0.065 0.079 0.102
4.9035 0.040 0.051 0.055 0.059 0.065 0.072 0.083 0.102 0.144
9.807 0.068 0.072 0.077 0.083 0.091 0.102 0.118 0.144 0.200
影響顯微硬度值的因素：
   1．測(cè)量誤差  主要是由載荷測(cè)量誤差及壓痕測(cè)量誤差引起的。因此操作時(shí)要細(xì)心，并在每次操作前應(yīng)校正零位。
   2．試樣的表面狀態(tài)  被檢測(cè)試樣的表面狀態(tài)直接影響測(cè)試結(jié)果的可靠性，測(cè)定顯微硬度的試樣與普通金相樣品的制備相同，磨光、拋光時(shí)應(yīng)盡量避免表層微量的塑性變形，引起加工硬化。
   3．加載部位  壓痕在被測(cè)晶粒上的部位及被測(cè)晶粒的厚度對(duì)顯微硬度值均有影響。在選擇測(cè)量對(duì)象時(shí)應(yīng)選取較大截面的晶粒。
   4．試驗(yàn)載荷  為保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，試驗(yàn)載荷在原則上應(yīng)盡可能大，且壓痕大小必須與晶粒大小成一定比例，在測(cè)定軟基體上硬質(zhì)點(diǎn)時(shí)，被測(cè)點(diǎn)截面直徑必須4倍于壓痕對(duì)角線長(zhǎng)。此外測(cè)定脆性相時(shí)，高載荷可能出現(xiàn)“壓碎”現(xiàn)象，角上有裂紋的壓痕表明載荷已超過材料的斷裂強(qiáng)度，因而獲得的硬度值是不準(zhǔn)確的。
 （五）載荷施加速度及保持時(shí)間   硬度試驗(yàn)中，由于慣性的作用，加荷機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加載荷，而使硬度值偏低，為了消除附加載荷的影響，在施加載荷時(shí)應(yīng)以盡可能平穩(wěn)、緩慢的速度進(jìn)行。載荷要保持足夠的時(shí)間，載荷保持時(shí)間一般為10~15 s。
某公司生產(chǎn)的半自動(dòng)顯微硬度計(jì)系統(tǒng)，由一臺(tái)顯微計(jì)及一套電腦控制載物臺(tái)及TV測(cè)量系統(tǒng)組成。該設(shè)備能用光標(biāo)在電腦顯示屏上測(cè)量壓痕，減少了測(cè)量誤差。自動(dòng)載物臺(tái)可沿X、Y軸及在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限任意移動(dòng)(重復(fù)精度優(yōu)于2μm)；在測(cè)量硬化層深度時(shí)，可以設(shè)定一條或多條軌跡，載物臺(tái)可按照設(shè)定自動(dòng)移動(dòng)；在測(cè)量后可立即打印出硬化層深度報(bào)告及曲線圖；采用高分辨率圖像采集裝置可在顯示屏上顯示清晰圖像，并可存儲(chǔ)和打印測(cè)量結(jié)果。
(五) 肖氏硬度
肖氏硬度試驗(yàn)是動(dòng)力硬度試驗(yàn)中最簡(jiǎn)單的一種試驗(yàn)方法。試驗(yàn)時(shí)，使一定重量的標(biāo)準(zhǔn)沖頭（底端鑲有金剛石圓柱體）或鋼球從一定高度H自由下落于試樣表面，然后由于試樣的彈性變形，又使其回跳到h高度，因此可用H與h的比值來計(jì)算肖氏硬度值HS
HS=K&#8226;h/H                  
式中HS-肖氏硬度；Ｋ-肖氏硬度系數(shù)。
肖氏硬度的大小與沖頭回跳的高度成正比。因此，它取決于材料的彈性性質(zhì)，即取決于材料彈性變形能的大小。肖氏硬度又稱彈性回跳硬度。                          
肖氏硬度的標(biāo)定是以完全淬硬的高碳鋼為樣品，以其回跳的平均
高度為標(biāo)準(zhǔn)，令此高度為100。為了能夠測(cè)定更高硬度的材料，肖氏
硬度的標(biāo)定還可向上延仲到120或140。試驗(yàn)時(shí)沖頭回跳高度所標(biāo)示
刻度即為肖氏硬度值。

 （六）里氏硬度
里氏硬度是1978年才引入的硬度測(cè)量技術(shù)，該硬度值的定義為
沖擊體反彈速度(υB)與(υA)之比乘以1000，即
HL=υB/υA×1000
材料硬度越高，其反彈速度也越大。
里氏硬度計(jì)的構(gòu)造如圖3-32所示，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，具有碳化鎢測(cè)
量頭的沖擊體借彈簧力打向被測(cè)試件表面，沖擊后反彈。由于沖擊體上
組裝有永久磁鐵，當(dāng)沖擊體通過線圈時(shí)它向前和彈回時(shí)均使線圈內(nèi)感應(yīng)
出電壓，這些電壓值正比于速度，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在顯示裝置上便顯示
出理氏硬度值。
里氏硬度計(jì)體積小；攜帶方便；操作簡(jiǎn)單，適用于各種大型、重型工
件和工件內(nèi)壁的硬度檢測(cè)。但試驗(yàn)結(jié)果受被測(cè)試件表面光潔度影響較大。    圖3-32  里氏硬度計(jì)構(gòu)造圖

二、拉伸試驗(yàn)
   拉伸試驗(yàn)是力學(xué)性能試驗(yàn)中最基本的試驗(yàn)，是檢驗(yàn)金屬材料質(zhì)量和研制、開發(fā)材料新品種工作中最重要的試驗(yàn)項(xiàng)目之一。在金屬材料的技術(shù)條件中，絕大部分都以拉伸性能作為主要評(píng)定指標(biāo)。同時(shí)，拉伸試驗(yàn)的數(shù)據(jù)又是機(jī)械制造和工程中選材的主要依據(jù)。
金屬的拉伸試驗(yàn)試樣和試驗(yàn)方法，新標(biāo)準(zhǔn)為GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》，舊標(biāo)準(zhǔn)為GB6397-86《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》和GB228-87《金屬拉伸試驗(yàn)方法》。
金屬的力學(xué)性能，主要是指金屬的強(qiáng)度和塑性。金屬的強(qiáng)度，就是金屬抵抗變形和斷裂的能力，即單位面積上所能承受的負(fù)荷，用符號(hào)R（σ）表示，單位為N/mm2（Mpa）。金屬的塑性，就是金屬在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力，一般用斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率這兩個(gè)指標(biāo)來表示，其符號(hào)分別為A（δ）和Z（ψ），二者均以百分比表示。（新標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)R、A、Z和舊標(biāo)準(zhǔn)的σ、δ、ψ等同，單位不變）
   金屬的拉伸試驗(yàn)可以測(cè)得強(qiáng)度和塑性。金屬的強(qiáng)度指標(biāo)主要有規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp（規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp）、規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt（規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力σt）、規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度Rr（規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr.）、上屈服強(qiáng)度ReH、下屈服強(qiáng)度ReL（上屈服點(diǎn)、下屈服點(diǎn)）、抗拉強(qiáng)度Rm(σb)等；金屬的塑性指標(biāo)主要有斷后伸長(zhǎng)率A(δ)、屈服點(diǎn)延伸率Ae、最大力下的伸長(zhǎng)率Ag、斷面收縮率Z等。

 (一) 拉伸試樣的制備
1．取樣部位  根據(jù)檢驗(yàn)項(xiàng)目的要求，按GB2975-82《鋼材力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)取樣規(guī)定》進(jìn)行取樣，
2．拉伸試樣  拉伸試樣分棒材試樣、板材試樣、管材試樣、鑄件試樣、鍛件試樣、線材試樣等幾種，而每一種拉伸試樣又分為比例試樣和定標(biāo)距試樣兩種形式。下面介紹棒材試樣和板材試樣。
(1)棒材試樣  棒材(包括方材和六方形材)，按標(biāo)準(zhǔn)要求加工成圓形比例試樣(圖3-33)，試樣各部分加工尺寸見表3-4，各部位的尺寸偏差應(yīng)符合表3-5的規(guī)定。

圖3-33    圓形比例試樣的兩種不同形態(tài)
表3-4    圓形比例試樣各部分尺寸
一 般 尺 寸 短   試   樣 長(zhǎng)   試   樣
d0 r0  （最小） 試樣號(hào) L0 Lc 試樣號(hào) L0 Lc
單雙肩 螺紋
25
20
15
10
8
6
5
3 5
5
4
4
3
3
3
2 12.5
10
7.5
5
4
3.5
3.5
2 R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8 5d0 L0+d0 R01
R02
R03
R04
R05
R06
R07
R08 10d0 L0+d0

表3-5    圓形試樣的尺寸偏差
圓形試樣直徑d0 試樣標(biāo)距部分直徑d0的允許偏差 試樣標(biāo)距部分最大與最小直徑d0
的允許差值
<5
5~<10
≥10 ±0.05
±0.1
±0.2 0.01
0.02
0.05

   試樣需經(jīng)熱處理時(shí)．須先將毛坯試樣進(jìn)行熱處理，然后再加工成拉伸試樣。不需熱處理的試樣，可直接加工成拉伸試樣。
(2)板材試樣  對(duì)厚板、薄板材，一般截取矩形試樣。矩形試樣可分為帶頭和不帶頭的兩種，其形狀及側(cè)面加工粗糙度如圖3-34所示。帶頭矩形試樣尺寸如表3-6所示。矩形試樣加工偏差一般應(yīng)符合表3-7的規(guī)定。對(duì)于厚度小于0.5~0.1mm的薄板（帶），一般采用定標(biāo)距試樣P8或P9。仲裁試驗(yàn)時(shí)，如有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)無規(guī)定試樣尺寸，應(yīng)采用P4（P04）或P5（P05）試樣。

 (a)帶頭                                    (b)不帶頭
圖3-34    帶頭與不帶頭的矩形試樣形態(tài)
表3-6  帶頭矩形試樣各部分尺寸
一 般 尺 寸 短   試   樣 長(zhǎng)   試   樣
a0 b0 r 試樣號(hào) L0 Lc 試樣號(hào) L0 Lc
0.1~<1.0
1.0~4.0
>4.0~12 10
15
20 25~40 P1
P2
P3 5.65√S0 L0+b0/2 P01
P02
P03 11.3√S0 L0+b0/2

0.5~<4.5
4.5~25 20
30 P4
P5 P04
P05
0.1~<6
4.5~25 12.5
25 P6
P7 P06
P07
0.1~0.5 12.5
20 25~40 P8
P9 50
80 75
120 75
120

表3-7   矩形試樣加工尺寸偏差
矩形試樣寬度b0 試樣標(biāo)距部分內(nèi)寬度b0的允許偏差 試樣標(biāo)距部分內(nèi)最大與最小寬度b0
的允許差值
10
12.5
15 ±0.2 0.1
20
25
30 ±0.5 0.2

(二) 鋼材強(qiáng)度指標(biāo)
鋼的強(qiáng)度是通過拉伸試驗(yàn)測(cè)定的。拉伸試驗(yàn)一般是在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣在負(fù)荷平穩(wěn)增加下發(fā)生變形直至斷裂。此時(shí)利用萬能試驗(yàn)機(jī)上的自動(dòng)繪圖裝置．可以繪出試樣在拉伸過程中伸長(zhǎng)與負(fù)荷之間的關(guān)系曲線．習(xí)慣上稱此曲線為試樣的拉伸曲線，即F-&#8710;L曲線。圖3-35為低碳鋼試樣的拉伸曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線。

圖3-35   低碳鋼試樣的拉伸圖和應(yīng)力應(yīng)變曲線。
 1.　規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度（Rp）
   規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度，就是試樣標(biāo)距的非比例延伸率等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力。使用的符號(hào)應(yīng)附以下腳注說明所規(guī)定的百分率。如Rp0.2、表示規(guī)定非比例延伸率為0.2時(shí)的應(yīng)力(圖3-36)。
對(duì)于拉伸曲線有明顯彈性直線段的材料，可使用圖解法，或逐級(jí)施力法測(cè)定規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度；對(duì)于無明顯彈性直線段的材料則可采用滯后環(huán)法或逐步逼近法。
   采用圖解法測(cè)定規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力。用自動(dòng)記錄方法繪制力-伸長(zhǎng)曲線圖時(shí)，力軸每毫米所代表的應(yīng)力，一般應(yīng)不大于10Mpa, 曲線的高度應(yīng)使Fp處于力軸量程的二分之一以上。伸長(zhǎng)放大倍數(shù)的選擇應(yīng)使圖3-35中的OC段的長(zhǎng)度不小于5mm。
   作圖步驟：在曲線圖上，劃一條與曲線的彈性直線段部分平行，且在延伸軸上與此直線段的距離等效于規(guī)定非比例延伸率（Le&#8226;εp）的直線，此平行線與曲線的交截點(diǎn)給出相應(yīng)于所求規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的力（Fp）。此力除以試樣原始橫截面積（S0）得到規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度（Rp）。
Rp=Fp/S0 （N/mm2）
                     
圖3-36  規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp      圖3-37   規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt        圖3-38   規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度Rr
          εp --規(guī)定非比例延伸率                εt --規(guī)定總延伸率                     εr --規(guī)定殘余延伸率  
2．規(guī)定總延伸強(qiáng)度（Rt）
規(guī)定總延伸強(qiáng)度就是試樣標(biāo)距部分的總延伸率（彈性延伸加塑性延伸）等于規(guī)定的原始標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力。表示此應(yīng)力的符號(hào)應(yīng)加腳注說明，例如σt0.5表示規(guī)定總延伸率為0.5時(shí)的應(yīng)力(圖3-37)。
采用圖解法測(cè)定規(guī)定總延伸強(qiáng)度。用自動(dòng)記錄方法繪制力-延伸曲線圖時(shí)，力軸每毫米長(zhǎng)所代表的應(yīng)力，一般應(yīng)不大于10MPa。延伸放大倍數(shù)一般至少應(yīng)為50倍。
   在曲線圖上，劃一條平行于力軸并與該軸的距離等效于標(biāo)距的規(guī)定總延伸率（Le&#8226;εt）的平行線，此平行線與曲線的交截點(diǎn)給出相應(yīng)于規(guī)定總延伸強(qiáng)度的力（Ft）。此力除以試樣原始橫截面積（S0）得到規(guī)定總延伸強(qiáng)度（Rt）。
Rt=Ft/S0  （N/mm2）
  3．規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度（Rr）
規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度，就是卸除應(yīng)力后殘余延伸率等于規(guī)定原始標(biāo)距百分率時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。使用的符號(hào)應(yīng)附以下腳注說明所規(guī)定的百分率。如Rr0.2、表示規(guī)定殘余延伸率為0.2時(shí)的應(yīng)力(圖3-38)。
測(cè)量時(shí)，試樣施加相應(yīng)于規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度的力，保持力10s~12s，卸除力后驗(yàn)證標(biāo)距部分的殘余延伸率未超過規(guī)定的百分率時(shí)的應(yīng)力。
           Rr=Fr/S0   （N/mm2）
上述三個(gè)定義適用于高碳鋼和一些調(diào)質(zhì)合金鋼，這些鋼種在拉伸過程中無明顯屈服現(xiàn)象。
4．屈服強(qiáng)度
   當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。過去曾叫屈服點(diǎn)。
   上屈服強(qiáng)度（ReH）--試樣發(fā)生屈服而應(yīng)力首次下降前的最高應(yīng)力。
   下屈服強(qiáng)度（ReL）--在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。
試樣經(jīng)過屈服階段再除去負(fù)荷，部分變形不能恢復(fù)，這部分不能恢復(fù)的殘余變形稱塑性變形。
圖解法測(cè)定屈服強(qiáng)度：試驗(yàn)時(shí)，用自動(dòng)記錄裝置繪制力-延伸曲線或力-位移曲線，力軸每1mm所代
 
圖3-39   用圖解法從曲線上確定上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度的方法
表的應(yīng)力，一般應(yīng)不大于10MPa，伸長(zhǎng)(夾頭位移)放大倍數(shù)應(yīng)根據(jù)材質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)選擇，曲線應(yīng)至少繪制到屈服階段結(jié)束點(diǎn)。在曲線上確定屈服平臺(tái)恒定的力FeL(圖3-39(d))或屈服階段中力首次下降前的最大力FeH(圖3-39(a、b、c))或不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最小力FeL（圖3-39(a、b、c)）。上屈服強(qiáng)度或下屈服強(qiáng)度可分別按以下各式計(jì)算：
上屈服點(diǎn)ReH=FeH/S0　　　　　　下屈服點(diǎn)ReL=FeL/S0    （N/mm2）
5．抗拉強(qiáng)度（Rm）
 金屬試樣屈服后，若要使其繼續(xù)發(fā)生變形，則需增加外力以克服其中不斷增長(zhǎng)的抗力，這是因?yàn)椴牧显谒苄宰冃芜^程中不斷發(fā)生強(qiáng)化。在強(qiáng)化階段中，試樣的變形主要是塑性變形，其變形量要比彈性變形階段內(nèi)的變形大得多，試樣的變形仍是均勻的，但可以看到整個(gè)試樣的橫向尺寸有顯著縮小。當(dāng)外力繼續(xù)增加到某一最大值(圖3-35曲線m點(diǎn)對(duì)應(yīng)的力)時(shí)，試樣的局部面積縮小，產(chǎn)生了所謂“縮頸”現(xiàn)象，故載荷也逐漸降低，直到試樣被拉斷。
   抗拉強(qiáng)度(Rm)是指試樣在拉伸試驗(yàn)時(shí)的最大力（Fm）除以試樣原始橫截面積（S0）之商。等同于σb。
Rm=Fm/S0    
式中  Fm --試樣承受的最大力，N；
         S0--試樣平行長(zhǎng)度部分的原始橫截面面積，mm2。
抗拉強(qiáng)度在工程技術(shù)上是很重要的，因?yàn)樗硎静牧显诶鞐l件下所能承受的最大外力，所以，它是零件和工件設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)，同時(shí)也是評(píng)定金屬材料的重要指標(biāo)之一。
(三) 鋼材塑性指標(biāo)
塑性是指材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。在拉伸試驗(yàn)時(shí)，金屬材料的塑性，可用斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示。
1．?dāng)嗪笊扉L(zhǎng)率（A）
   斷后伸長(zhǎng)率是試樣拉斷后斷后標(biāo)距的殘余伸長(zhǎng)(Lu-L0)與原標(biāo)距L0之比的百分率((圖3-35)。
A＝(Lu-L0)/L0  ×
式中  Lu—試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度, mm；
     L0--試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度，mm。
斷后伸長(zhǎng)的測(cè)定  將拉斷后的試樣斷裂處緊密對(duì)接．盡量使其軸線位于一直線上，以測(cè)量斷后長(zhǎng)度。
斷后標(biāo)距Lu的測(cè)量：
 1）直測(cè)法  拉斷處到最鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離大于L0/3時(shí)，可直接測(cè)量標(biāo)距兩端點(diǎn)間的距離。
圖3-40   移位法測(cè)定斷后伸長(zhǎng)率示意圖
2) 移位法  若拉斷處到最鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于或等于L0/3時(shí)，則按下述方法測(cè)定Lu：在長(zhǎng)段上從拉斷處O取基本等于短段格數(shù)，得B點(diǎn)，接著取等于長(zhǎng)段所余格數(shù)(偶數(shù)，圖3-40 (a))的一半，得C點(diǎn)；或者取所余格數(shù)(奇數(shù)，圖3-40(b))分別減1與加1的一半，得C和C1點(diǎn)。移位后的Lu分別為：AB＋2BC和AB＋BC＋BC1。
強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定，一般不受試樣長(zhǎng)短的影響。而伸長(zhǎng)率則隨標(biāo)距的增加而減小。因?yàn)殚L(zhǎng)、短試樣拉斷后都有一個(gè)頸縮部分，把頸縮部分平均到短試樣中，比平均到長(zhǎng)試樣中所占的比例大，所以，同一材料的短試樣(L0 =5d0)測(cè)得的伸長(zhǎng)率要稍大于長(zhǎng)試樣(L0 =10d0)，其值因鋼種不同而異。因此，對(duì)于比例試樣，若原始標(biāo)距不為5.65√S（L0 =5d0）時(shí)，符號(hào)A應(yīng)附以下腳注說明所使用的比例系數(shù)。例如，A11.3表示原始標(biāo)距為11.3√S(L0 =10d0)的斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)于非比例試樣，符號(hào)A應(yīng)以下腳注說明所使用的原始標(biāo)距，以毫米（mm）表示，例如A80mm表示原始標(biāo)距（L0）為80mm的斷后伸長(zhǎng)率。
   最大力伸長(zhǎng)率  就是試樣拉到最大力時(shí)原始標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距之比的百分率。應(yīng)區(qū)分最大力總伸長(zhǎng)率（Agt）和最大力非比例伸長(zhǎng)率（Ag）
屈服點(diǎn)延伸率(Ae)  就是呈現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，屈服開始至均勻加工硬化開始之間標(biāo)距的延伸量與引伸計(jì)標(biāo)距之比的百分率。
2．?dāng)嗝媸湛s率（Z）
斷面收縮率就是試樣拉斷后，縮頸處橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積之比的百分率。
Z＝(S0-Su)/S0 ×
式中  S0--試樣原始橫截面積，mm2；
           Su--試樣拉斷后縮頸處的截面積, mm2。
試樣斷裂處的截面積的測(cè)定方法是：對(duì)圓形試樣在縮頸處兩個(gè)相互垂直方向上測(cè)量其直徑，用二者的算術(shù)平均值計(jì)算。矩形試樣用縮頸處的最大寬度乘以最小厚度求得。求出試樣斷裂處的截面積。
通常，A、Z的數(shù)值越大，材料的塑性越好。反之，材料的塑性越差，脆性越大。根據(jù)金屬材料的伸長(zhǎng)率A和斷面收縮率Z的大小，很容易確定各種材料的塑性好壞。
鋼的強(qiáng)度、塑性與其含碳量有著密切關(guān)系。隨著鋼的含碳量的增加，其強(qiáng)度增高而塑性減小。
鋼的強(qiáng)度和塑性還與溫度有關(guān)。一般來說，溫度越高．強(qiáng)度越低，塑性越好。所以，鋼材的軋制和鍛造時(shí)都將其加熱到高溫使其組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄粤己玫膴W氏體，以便于塑性成形。

三、沖擊試驗(yàn)
金屬材料在服役中，不僅受到靜負(fù)荷的作用，而且還受到速度很快的沖擊負(fù)荷的作用。如火車車輪對(duì)鐵軌的沖擊，鍛錘對(duì)鐵砧的沖擊等。由于沖擊負(fù)荷的加載速度高，作用時(shí)間短，使金屬在受沖擊時(shí)，應(yīng)力分布和變形很不均勻，工件往往易斷裂。因此，對(duì)于承受沖擊負(fù)荷的零件或工具來說，僅具有高的強(qiáng)度是不夠的，還必須具有足夠的抗沖擊負(fù)荷的能力。
金屬材料在沖擊負(fù)荷作用下，抵抗破壞的能力稱為沖擊韌性，金屬材料的沖擊韌性的好壞可通過沖擊試驗(yàn)來測(cè)定。目前最普遍應(yīng)用的一種沖擊試驗(yàn)是一次擺錘彎曲沖擊試驗(yàn)。通過沖擊試驗(yàn)來測(cè)定材料承受沖擊負(fù)荷的能力，無疑對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算和對(duì)材料進(jìn)行評(píng)定均有重要的意義。由一次擺錘彎曲沖擊試驗(yàn)獲得的一次沖擊韌性值ak對(duì)材料的一些缺陷很敏感，它能反映出材料的宏觀缺陷和顯微組織方面的微小變化，因而是檢驗(yàn)材料或工件中的白點(diǎn)、夾雜物、層狀、夾渣、氣泡、壓力加工產(chǎn)品各向異性、淬火過熱、過燒、變形時(shí)效及回火脆性等的有效方法之一。另外，ak對(duì)材料的脆性轉(zhuǎn)化也很敏感，可利用低溫沖擊試驗(yàn)測(cè)定鋼的冷脆性。因此沖擊試驗(yàn)得到了廣泛應(yīng)用。
(一) 沖擊試樣的制備
沖擊試樣的制取，與拉伸試樣的制取相同，通常二者是一起制備的。
為了使試驗(yàn)結(jié)果能相互比較，所用試樣必須標(biāo)準(zhǔn)化。按GB229-84和GB2106-80規(guī)定，沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試樣有夏比U型缺口試樣和夏比V型缺口試樣兩種，習(xí)慣上前者稱為梅氏試樣，后者稱為夏氏試樣。兩種試樣的尺寸及加工要求如圖3-41所示。兩種試樣的缺口深度一樣，而缺口底部半徑不同，U型為1 mm，V型為0. 25mm，因此，V型缺口應(yīng)力相對(duì)集中，當(dāng)試樣受到?jīng)_擊時(shí)，就顯得更敏感。

 
         （a）                                              (b)
圖3-41   夏比u型缺口試樣(a)和夏比V型缺口試樣(b)
(二) 室溫沖擊試驗(yàn)
擺錘沖擊試驗(yàn)，就是將標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣置于沖擊試驗(yàn)機(jī)支座上(圖3-42)，然后釋放具有一定位能的重錘，把試樣一次沖斷(圖3-43)。擊斷試樣所作的功Akv或Aku,即為沖擊吸收功。沖擊吸收功可直接從沖擊試驗(yàn)機(jī)表盤上讀出。它表示具有規(guī)定形狀和尺寸的金屬試樣，在一次沖擊力作用下折斷時(shí)所吸收的功，單位為焦耳（J）。材料的沖擊韌性可用一次沖擊韌性值ak表示，aK值可用下式計(jì)算：
                 aK = AK/So
式中  AK --沖擊吸收功，J;
             So--試樣缺口底部處橫截面面積，cm2.
   沖擊試驗(yàn)時(shí)，首先要校正沖擊機(jī)，使第一次空擺沖擊時(shí)，被動(dòng)指針對(duì)零，其偏差不應(yīng)超過最小分度的四分之一；借助樣規(guī)將試樣對(duì)準(zhǔn)沖擊中心(偏差不得大于0.2mm)，置于支撐板上；試樣沖斷后，從試驗(yàn)機(jī)表盤上直接讀出AK(AKV或AKU)／J。沖擊試樣未完全折斷時(shí)，應(yīng)在試驗(yàn)記錄和報(bào)告中注明“＞”或“未斷”字樣，例如AK＞32J。試驗(yàn)時(shí)的室溫一般應(yīng)為23士5℃。
         
圖3-42試樣置放示意圖                          圖3-43沖擊試驗(yàn)機(jī)
1-試樣；2-試樣支撐面；3-重錘            1-重錘；2-試樣；3-支撐面；4-指針；5-刻度盤
 (三) 低溫沖擊試驗(yàn)
通常，有些材料在室溫下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)并不顯示脆性，而在低溫下則可能發(fā)生脆斷，這一現(xiàn)象稱為冷脆現(xiàn)象。為了測(cè)定金屬材料開始發(fā)生這種冷脆現(xiàn)象的溫度，應(yīng)在不同溫度下進(jìn)行一系列沖擊試驗(yàn)，測(cè)出該材料的沖擊韌性值與試驗(yàn)溫度間的關(guān)系曲線。圖3-44為某些材料的沖擊吸收功隨溫度變化的情況示意圖。由圖可見，沖擊吸收功隨溫度的降低而減小，
當(dāng)試驗(yàn)溫度降低到某一溫度范圍時(shí)，其沖擊吸收功急劇降低，使試樣的斷口由韌性斷口過渡為脆性斷口。這個(gè)溫度
范圍稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度范圍。在這一溫度范圍內(nèi)，通常以試樣斷口面積上，出現(xiàn)50脆性斷口時(shí)的溫度作為脆性轉(zhuǎn)變溫度。脆性轉(zhuǎn)變溫度與鋼的成分、顯微組織、試驗(yàn)條件密切相關(guān)。脆性轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫沖擊性能越好。因此，         圖3-44   沖擊吸收功-溫度曲線
脆性轉(zhuǎn)變溫度的高低是金屬材料的質(zhì)量指標(biāo)之一。      
   低溫沖擊試驗(yàn)，是將試樣置于某種冷卻劑中，冷卻到規(guī)定的溫度后再進(jìn)行試驗(yàn)，以測(cè)定其低溫沖擊吸收功，作出沖擊吸收功隨溫度變化曲線，從而求出材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。