式中，F—载荷，N ( kgf) ;
D—压头的直径，mm ;
d—被测金属的压痕直径，mm.
由于金属有硬有软，工件有厚有薄，在进行布氏硬度试验时，压头直径D、载荷和载荷的保持时间应根据被测金属种类和厚度正确地进行选择。可根据金属材料的种类和布氏硬度范围，按表1-1选定F/D2的值;黑色金属的载荷保持时间为10-15 s，有色金属的为30 s，布氏硬度值小于35时载荷保持时间为60 s . 布氏硬度的标注方法是所测得的硬度值写在硬度符号的前面。除了采用钢球直径D为10 mm ,试验力为3 000 kgf(注:1 kgf = 9. 806 N，保持时间为10s的试验条件外，在其他试验条件下测得的硬度值，均应在硬度符号的后面用相应的数字注明压头直径、载荷大小和载荷保持时间。
②洛氏硬度:洛氏硬度试验法是用一个锥角为120o。的金刚石圆锥体或直径为1. 588 mm的淬火钢球，在规定载荷作用下压入被测金属表面，由压头在金属表面所形成的压痕的深度来确定其硬度值。
③布氏硬度试验不能测定硬度较高的金属材料;洛氏硬度试验虽可用来测定由极软到极硬金属材料的硬度，但不同标尺的硬度间没有简单的换算关系，使用上很不方便。为了能在同一种硬度标尺上，测定从极软到极硬金属材料的硬度值，因而特制定了维氏硬度试验法。
维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相似，如图1 -8所示为维氏硬度试验原理图，它是用一个相对面夹角为136o。的金刚石正四棱锥体作压头，以规定的载荷F作用下压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，则被测金属表面上压出一个正四棱锥形的压痕，测量压痕投影的两对角线的平均长度d，进而计算出压痕的表面面积A。最后求出压痕单位表面面积上承受的平均压力，以此作为被测金属的硬度值，称为维氏硬度，用符号HV表示。即
式中，F—载荷，kgf;
d—压痕两条对角线长度算术平均值，mm. 维氏硬度适用范围宽，从极软到极硬的材料都可以测量。尤其适用于零件表面层硬度的测量，如化学热处理的渗层硬度测量，其结果精确可靠。但测取维氏硬度值时需要测量对角线长度，然后查表或计算，而且对试样表面的质量要求高，所以，测量效率较低，没有洛氏硬度方便，不适用于成批生产的常规试验。
布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三者之间的近似换算方法:查找法。
2. 简述常见三种金属晶格的类型，并通过绘制晶胞简图，对比三种晶格类型的差异。
答：（1）体心立方晶格：心立方晶格的晶胞是一个立方体，其晶格常数：a＝b＝c，α=β=γ=90。在立方体的八个角上和立方体的中心各有一个原子。每个晶胞中实际含有的原子数为1+8×1/8＝2个。每个原子的最近邻原子数为8，所以其配位数为8。致密度0.68。具有体心立方晶格的金属有铬(Cr)、钨(w)、钼(Mo)、钒(V)、α铁(α—Fe)等。
（2）面心立方晶格：体面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，金属原子分布在立方晶胞的八个角上和六个面的中心，如图2-2-5所示。其晶格常数：a=b＝c，每个晶胞中实际含有的原子数为(1/8)× 8+6×(1/2)＝4个。配位数为12；致密度为0.74。具有面心立方晶格的金属有铝(Al）、铜(Cu）、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ铁(γ—Fe)等。
（3）密排六方晶格：密排六方晶格的晶胞是个正六方柱体，它是由六个呈长方形的侧面和两个呈正六边形的底面所组成如图2-26所示。金属原子分布在六方晶胞的十二个角上以及上下两底面的中心和两底面之间的三个均匀分布的间隙里。该晶胞要用两个晶格常数表示，一个是六边形的边长a，另一个是柱体高度c。每个晶胞中实际含有的原子数为(1/6)× 12+2×(1/2)+3＝6个。典型的密排六方晶格的晶格常数c和a之比约为1.633,配位数为12，致密度为 0.74。具有密排六方晶格的金属有：镁(Mg)、锌（Zn）、镉（Cd）等。 三种金属晶格的类型晶胞简图分别如下。
3. 完成下列合金材料的内容：
（1）简述相，元，合金系，组织，固溶体，金属化合物的概念； （2）举例说明二元合金、三元合金的组成，简述固溶体和金属化合物的异同。 答：（1）相是指金属或合金中化学成分、晶体结构及原子聚集状态相同的，并于其他部分由明显界面分开均匀组成部分。如纯金属在液态火固态时均匀为一个相，分别称为液相和固相。组织是指用金相观察方法看到的有形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多中相构的组成形貌。所谓合金是指两种或两种以上的金属或非金属，经熔炼或烧结而成的具有金属特性的物质。组成合金最基本的、独立的物质叫组元。由给定的组员可以配制成一系列不同合金，组成一个系统，称之为合金系。合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的且晶格类型与组元之一相同的固相称为熔体。金属氧化物是指合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相。①二元合金：黄铜是由铜和锌组成的二元合金
②三元合金：硬铝是由铝、铜、镁组成的三元合金。③A、固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称
之为固溶体。
B、金属化合物 定义：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相称之为金属化合物。B1固溶体的结构特点(1) 保持着溶剂的晶格类型；(2) 晶格发生畸变 (3) 偏聚与（短程）有序(4) 有序固溶体（长程有序化）B2 固溶体的性能（1）固溶体强硬度高于组成它的纯金属，塑韧性低于组成它的纯金属;（2）物理性能方面，随着溶质原子的↑，固溶体的电阻率↑，电阻温度系数↓，导热性↓。 4. 下图为工业用Cu-Ni合金相图。其中A点为纯铜熔点，B点为纯镍的熔点。请完成以下内容：
（1）简述什么是均晶相图；
（2）在两图中标示出液相区（L）、固相区（α）和固液两相区（L+α）； (3)指出图（a）中的液相线和固相线。
温度/℃14523'2'131\2\B13A1084.540kOCuw/%NiNi时间/h(b) Cu-Ni合金冷却时的结晶(a) Cu-Ni合金相图
答：（1）两组元在液态和固态都能无限互溶的二元合金所组成的相图称为均晶相图。
（2）A1B以上为液相区L，A3B以下为固相区α，A1B与A3B之间为两相区（L+α）。
（3）液相线为A1B,固相线为A3B.
5.绘制Pb-Sn的合金相图，并简要介绍相图的含义。 答：
如图是Pb-Sn合金相图，在图中，AEB为液相线，AMENB为固相线。MF为Sn溶于Pb的溶解度线，NG为Pb溶于Sn的溶解度线，这两条线又称固溶线。合金系中有L、α、β三个相，α相是Sn溶于Pb中的固溶体，β相是Pb溶于Sn中的固溶体。MEN为L、α、β
三相共存线。
6.描述纯铁在结晶后继续冷却至室温的过程中，所发生的晶格转变过程，简述纯铁同素异构转变现象的意义。
答：在770度下纯铁具有铁磁性，在770度以下则失去铁磁性。因为纯铁具有同素异构现象，所以生产上可对钢铁和铸铁进行相变热处理，达到改变钢铁的内部组织来提高性能的目的。 7.简述纯铁、钢和铸铁的区别。
答：三者主要区别的在含碳量上，纯铁是含碳量小于0.02%的铁合金较软，具有较好的抗腐蚀性，韧性和延展性较高，硬度和强度较低。钢是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.04%之间的铁合金，钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。铸铁是指碳的质量分数大于2.11%(2.5%~4%)的铁碳合金。它是以铁、碳、硅为主要组成元素，与钢相比铸铁中的锰、硫、磷等杂质元素含量较高，此外还有少量的铬、钼、铝、钒等合金元素。 8.针对铁碳二元合金，完成以下内容： （1）详细介绍铁碳合金中的相结构；
（2）绘制铁碳二元合金相图（可绘制简化图）
（3）找出并介绍相图中各主要特性线的含义，如液相线，固相线，包晶转变线，共晶转变线，共析转变线等。
（4）根据含碳量和组织的不同，铁碳合金有哪三类，分别是什么，并介绍各类的特征或力学性能： 答：（1）金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的变化称为同素异构转变。如Fe, Co, Ti, Mn, Sn等都具有同素异构转变。由同素异构转变所得的不同晶格的晶体称为同素异构体。纯铁在结晶后继续冷却至室温的过程中，先后发生两次晶格转变，转变过程可表示如下:
另外，770℃为纯铁的磁性转变点(又称居里点)。在770℃以下纯铁具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。 因为纯铁具有同素异构转变现象，所以生产上可对钢和铸铁进行相变热处理，达到改变钢铁的内部组织来提高性能的目的。