三、洛氏硬度：——测一定压力下的压痕深度h，并将其转换为硬度值HR
1、硬度测试：（GB1818-79）
压头：1）锥角为120o的金钢石圆锥
2）淬火钢球（d1=1.588------1/16英寸；d2=3.175→很少用）
HR k-h 金刚石k= 0.2mm，钢球k=0.26mm；材料越软，h值越大时，
0.002 h-k使HR值越低，并以0.002mm为一个洛氏硬度单位。 其测试压力分初载、主载荷：一般初载为10kgf，目的产生一定压强，以消除因加工、腐蚀等因素所致外表不平整对试验结果的影响，初载时不作测量，只测量加主载前后所致的残余压痕深度的增加值。
HR值分九种，相互间无可比性，其中3种最为常用：HRA、HRB、HRC；尤以HRC最为常用于工业生产的检测和控制（特点：加压力较大，数据稳定）： HR 压头 初载荷 主载荷 总载荷
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HRA： 120 金刚石圆锥 10kg 50kg 60kg
HRB： 1.588mm钢球 10kg 90kg 100kg (常作表层硬度测量)
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HRC： 120 金刚石圆锥 10kg 140kg 150kg
加初载、加主载、卸主载(弹变回复)后测残余深度：可直接在千分表上读取(k-h)/0.002值，即可直接读取HR值。
HR试验的压力值较大，为适用于测量较薄的工件或有较薄的表面硬(软)化层的工件的硬度，据相同原理设计出表面洛氏硬度测试体系： 其初载为3kgf，总载分别为15 kgf、30kgf、45 kgf： 有：HR15N、HR30N、HR45N；金刚石圆锥压头 HR15T、 HR30T、 HR45T；1.588mm钢球压头
其中K=0.1mm，以0.001mm为HR15 N(T)的单位 2、 特点： 1）测试操作极其简便迅速，可直接在硬度计压头上所带的千分尺测量出HR值(由k-h值换算)，适用于工业生产大批量测试使用；
2）应用泛围广泛，适用各种硬度的材料；但重复性较差。一般需多测几点作平均；
3）压痕相对较小：①可在工件表面直接打，对外观质量影响不大；
②代表性较差，数据不稳定，分散性大，受组织、成分不均匀影响大；
4）HRC压力相对较大，对于表层有薄强化层测试，须注意载荷的适当； 5）对圆柱面、球面经校正后仍可直接测试： 柱：ΔHRC = 6× (100- HRC’)2 ×10 -3 HRC’：测量值， ΔHRC：修正值 D D：圆柱直径 球：ΔHRC = 12× (100- HRC’)2 ×10 -3
D D：球面直径 HRC = HRC’+ΔHRC
四、维氏硬度：
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原理与布氏硬度相同，只是压头为136金刚石四棱锥，压痕呈正方形顶的倒四棱锥(136 o使HV值在较低时与HB相等或接近)（GB4340—84）
1、测试：HV P A = 4×SΔ， SΔ= 1/2α×h α：压痕边长
A α=√2d/2 h=α/2sin68o， d：压痕对角线长 A=4×SΔ=4×1/2α×α/2sin68 =α2/sin68
HV=P/A=Psin68o/α2= 2Psin68o/d2 = 1.8544×P/d2 P：单位：kgf 如果P单位为N，则：HV = 0.1891P/d2 其中：d = (d1+d2)/2 2、特点：
1）有一定物理意义(但因P不垂直于F，所以意义不明确)
2）四棱锥金刚石压头，无变形问题，精确可靠，且不论P值多少，其压
痕一定相似，即任意P值所得到的HV值均有可比性，而HB需F/D2比例关系约束，此点HV优于HR及HB；P有：5、10、20、30、50、100kgf（GB4340—84）；和：100，200，300，500，1000，2000，5000(gf)（GB3030-85）； 3）硬度测量范围大；
4）d1、d2的测量一般在维氏硬度计所配的读数显微镜上进行，测试试样
表面需要光亮处理，操作较为烦琐，工作效率低；一般不以HV作为大批量生产常规指标要求。
3、显微硬度HM：小载荷的维氏硬度测试体系，用于测量微观显微组织(相、渗层、夹杂、晶粒、组织等)的硬度值，并可作为相及组织结构分析的依据之一 加压法码为：10，20，50，100，200(gf)(GB/T4342-91)，可能时应选用较大载荷；
超显微硬度：加压法码为：10，20，50，100，200，500(mgf)
特点：1）精度高，用于微观分析，在显微镜下工作；
2）作显微硬度测试时，试样必须先制成金相试样，且须注意不能造成金属扰乱层、形变强化层、表面退火回火层；
3）常用于作组织及相的鉴定、性能分析等；以及作渗层的深度和性能分布分析；
4）HM值与HV值相当并可比；
努氏硬度HK：原理与维氏显微硬度相同，但其压头为相对棱夹角为172.5o及130o的偏金刚石四棱锥，压痕为长棱形，其长短对角线之比为7.11，故测量精度高（只测长对角线)，且宜于测量含薄层试样的断面，或硬化层的分布。
HK特点：除HM的特点外，HK还有：压痕窄，适用于薄层、渗层、变化层、偏析层的硬度测试，及硬度变化和分辨组织、相的分析。
肖氏硬度：弹性回跳法：测弹性变形——小球的回跳高度
Note：仅对弹性模量相同材料进行比较，否则橡皮的HS值高于钢材。
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五、与强度关系：
一般地，硬度越高，材料的强度也就越高：HR↗==> ζb↗、ζs↗，反之弈然。 硬度值，尤其是HB、HV是以 P/A表示（应力、压强），与强度的单位相同。 一般地有： σb ∝ HB 有经验公式如下：
1、中高碳回火、退火、正火（未淬硬）钢：
σb = 0.362HB HB>175 σb = 0.345HB HB<175 σb = 2.64×103/(130-HRB) HRB<90
σb = 2.51×103/(130-HRB) 100>HRB>90 2、碳钢： σb = 2.5HS
σb = 51.32×104/(100-HRC)2 HRC>27 3、灰铸铁：σb = (HB-40)/6
σb = 48.86×104/(100-HRC)2 27 σ=8.61×103/(100-HRC) HRC>40 并且每类材料,硬度与强度之间有对照关系，可参考（GB1172-74）。 第三章 金属缺口试样的力学性能 §3-1缺口效应 一、缺口及缺口效应： 缺口： 一般指试样或工件的截面急剧变化处； 缺口效应：在缺口处由于缺口的存在，影响了应力的分布状态，使之： ①应力状态变硬(由单向拉应力变为三向拉应力)； ②产生应力集中；促发裂纹的生成与扩展，不利于材料的塑变(位错运动)，使材料在该处处于脆性状态(即使该材料为塑性材料)，易于发生脆性断裂； 此应力分布状态的改变，即缺口效应。 由此推广：①晶界、夹杂、组织不均匀处、粗大第二相、微裂纹及螺纹、尖角、倒角、台阶半径过小处，均有类似改变应力状态的效应；②ToC的下降或形变速率的增加也有不利塑变的作用，也可导致缺口效应。 二、缺口应力分布： 圆柱型缺口试样，单向拉伸： 1、在远离缺口处，仅有轴向应力σL，且其应力线分 布均匀；切向应力σt和法向应力σr 均为零；tr 2、在缺口附近，轴向应力的应力线在缺口根部发生弯 曲，变成非均匀分布(于近根部处分布较密），形成 应力集中，并产生三向拉应力：轴向应力σL、法向应力σr、切向应力 σt； 在缺口根部：σL分布不均匀，且由于缺口上下出现无应力区，将阻止缺口附近截面的正常收缩，因而出现了σr、σt，其分布见上图左半部，图的右半部为应力状态柔性系数α的分布曲线（α<0.5） 而应力分布的不均匀程度可用应力分配系数K表示。 K σmax 其值大小，取决于缺口根部半径(可由设计手册查得) σ均 如：薄板：σt = 0，为平面应力状态：σ=（σ1，σ2，0） 厚板：εt = 0；为平面应变状态：ε=(ε1，ε2，0)， 实际上是三向拉应力状态：σ= [σ1，σ2，μ(σ1+σ2)] ε3 = [σ3-μ(σ1+σ2)] /E = 0 ==>σ3 =μ(σ1+σ2) 综上分析所述，缺口： 1）引起应力集中(或分布不均匀)：包括轴向应力σL，法向应力σr和切向应力σt； 2）引起三向拉应力； 此即为缺口效应之二个方面的表现 三、塑性状态下缺口的应力分布： 由于应力分布不均匀，在拉伸过程中屈服时的塑性变形将不会在材料内部同时均匀进行，是由缺口根部先局部进行并逐渐过度到材料内部 τmax = (σ1-σ3)/2 = (σL-σr)/2 表面τmax仍为最大； 当τmax>τs =σs/2，即σL-σr>σs (表面σr=0)时，材料发生屈服并使表面的应力发生松驰，σL应力峰值向内移动； 由于τmax= (σL-σr)/2，而在表面σr=0，并在一定深度 σr达到最大值，即开始时σr是增加的，故σL也须增加才能 使屈服和塑性变形继续向内移，即需提高P。但提高P也会使 得σr增加，且塑性变形时变形量远较弹性变形的变形量大， 为维持整体的连续变形，σr须增加较多。也必然使σL的峰值 大大增加。 随着外力P的继续增加，屈服也由表及里地进行着，σL 分布则出现最大值，并且该最大值随着应力的增加而也由表及 里地移动着，并标志着屈服区与纯弹性变形区的分界，并最终 可能使得缺口试样总的σs(记为σsN)大幅提高并超过光滑位 伸试样的σs，且σb也可有同样现象出现： 即：σsN>σs；σbN>σb；又叫“缺口强化”，此即为缺口效应的第三种表现 Note：“缺口强化”仅出现于塑性材料；对于脆性材料，其σs(τs)接近于σb(τb)，即当σmax(τmax)>σs(τs)后，缺口根部仅产生了少量的塑性变形即因其σmax达到σb而断裂，使σs(τs)尚未能大幅增加时就发生早期脆断，其σbN<σb 故而：qe (或NSR) = σbN/σb表示了材料的缺口敏感度： 一般：qe>1称该材料对缺口不敏感；qe≤1则称该材料对缺口敏感 对qe的测试试验叫缺口试验。 §3-2缺口试验 一、缺口拉伸：一般仅测σbN值，并与σb比较；不测σsN 一般如qe>1 (σbN>σN)，就叫材料对缺口不敏感；反之为敏感。 但缺口试样的断面收缩率ψKN肯定低于ψK，但ψKN不易测量，也不常使用 缺口试样偏斜拉伸试验： 采用更硬的应力状态来对材料对缺口的敏感性进行测试： ooo 一般采用在试样拉伸夹头上放置一偏斜垫圈（倾角为0、4、8三种）的方式 也只测σbN值和计算qe 值。 二、缺口静弯曲试验 由于弯曲试验不能用于塑性较好的材料，故常用缺口试样以增加其局部应力集中，使及其应力状态系数变硬，其塑性仍以扰度来表示；除σbbN外还可测量其三个能量吸收区：Ⅰ区：弹性区 Ⅱ区：弹塑性变形区 Ⅲ区：断裂区(裂纹扩展区) 其面积分别表示所吸收的能量为：UⅠ弹性功；UⅡ塑性功；UⅢ裂纹扩展功 其中，UⅡ、UⅢ表示了材料的抗塑变能力及对裂纹扩展的抗力，以及缺口对抗力的影响。 §3-3缺口试样在冲击载荷下的力学性能 一、冲击载荷 由于外力作用持续时间短，其应力状态不易准确及时测量（有示波冲击试验机可作，但也不稳定，数据波动大，分散性大，且试验设备昂贵）。 在冲击载荷下，一般以试样在变形各阶段或总阶段所吸收的能量为测试目标。 弹性变形：声速进行传播，而一般冲击载荷的加载速度及变形速度均远小于声速，故变形速度对弹性形为无影响(如弹性模量等)。 塑性变形的传播速度由位错的运动速度及增殖速度所决定，一般均小于冲击载荷的加载速度，使塑性变形来不及充分、均匀地进行；冲击加载实验也证明：冲击载荷下，塑性变形集中于某些局部区域，分布极不均匀；一般地，加载速度提高，可大大提高材料的屈服强度。 1）脆性材料：冲击加载使其强度上升不大而塑性、韧性下降，并提高该类材料的脆性断裂倾向(解理断裂)；