金属材料的硬度实验

1、金属材料的硬度实验第1页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三实验目的1.了解硬度测定的基本原理及应用范围； 2.学会使用布氏、洛氏硬度试验机并掌握 基本测试方法。 第2页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三实验概述 所谓硬度是材料对局部塑性变形的抗力。常用的硬度试验方法有：布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度，显微硬度。本节仅做布氏硬度，洛氏硬度。主要学习以下两方面硬度测量的原理及适用范围硬度计的构造及操作 第3页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三布氏硬度计基本原理 用载荷P直径为D的淬火钢球压入试件表面，并保持一段时间，而后卸除载荷，测出

2、压痕直径d，布氏硬度值（HB）就是加在钢球上的载荷与所得压痕的比值。即 式中：P-施加的载荷（公斤） d-压痕的直径（毫米） D-压头的直径（毫米） F-压痕面积（毫米2）第4页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三在P和D一定的情况下，布氏硬度值的高低取决与压痕的直径d，d 越大，表明金属的变形抗力越低，HB值越低，反之硬度越高。 由于金属材料有软有硬，工件有厚有薄，有大有小，这适应不同的情况，布氏硬度压头有2.5mm、5mm 、10mm三种。载荷有15.6 kg、62.5 kg 、187.5 kg 、250 kg 、750 kg 、1000 kg 、3000 kg 七种。

3、当采用不同大小的载荷和直径的钢球进行布氏硬度试验时，只要满足P/D2为常数，则对同一材料来说，布氏硬度值是相同的；对不同材料，所得布氏硬度值可进行比较的。国家标准规定P/D2的比值为30、10、2.5三种，根据金属材料类、试样硬度范围和厚度不同，按照表1-1规范选择压头直径D负载P和负载保持时间。 第5页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三 试验后，压痕直径应在0.25Dd0.6D的范围内，否则试验结果无效。这时应考虑换用其他负载重做试验。因为若d太小，灵敏性和精确度降低，若 d太大，压痕的几何形状不能保持相似的亲系，影响结果的准确性。 布氏硬度广泛应用于试验各种退火状态下

4、的钢材、铸铁、有色合金等，也用于试验经调质处理及硬度小于HB450的机械零件。第6页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三第7页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三表1-1 布氏硬度试验规范金属类型 布氏硬度范围（HB）试件厚度（mm） P与D的关系钢球直径D（mm） 负载P（Kg力） 载荷保持时间（秒） 黑色金属 140-450 6-34-22 P=30D2 10.05.02.5 3000750187.5 10 140 66-32 P=10D210.05.02.5 100025062.5 10有色金属 1306-34-22 P=30D2 10.05.02

5、.5 3000750187.5 30 36-130 9-36-33 P=10D2 10.05.02.5 100025062.5 30 8-35 66-32 P=2.5D2 10.05.02.5 25062.515.6 60 第8页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三布氏硬度计的操作 安装压头与载物台；选择载物：按表1-1选择载荷。载荷吊架为187.5公斤，若加上62.5公斤砝码就形成250公斤载荷；再加上500公斤砝码便形成750公斤载荷，以此类推；选择载荷的保持时间：载荷保持时间长短按表1-1规定，松开压紧螺钉7，把圆盘内的弹簧定位器旋转到所需的时间位置上（圆盘红标志与铭

6、牌上的时间10秒、30秒、或60秒相对应），压紧螺钉松开的程度应能使圆盘做回转调整即可；将试样用砂轮磨平上下两表面后，置于载物台上；正式试验：首先打开电源开关，此时电源指示灯发亮。转动手轮3使试样与压头接触。然后启动按钮开关8，并立即做好拧紧螺钉7的准备，在加载指示灯亮5燃亮的同时迅速拧紧，使圆盘随曲柄一起回转至自动反向和停止转动为止。从加载指示灯燃亮到熄灭为全载荷保持时间；确定试验结果：实验结束后，逆时针转动手轮，取下试样，用读数显微镜测量试样表面的压痕直径，从相互垂直方向各测一次，取其平均值，用该数值查表，即得试样硬度值。用10毫米直径钢球，在3000公斤载荷下保持10秒钟测定的硬度值，写

7、成HB400。在其他条件下试验结果写成HB5/250/30=110，即表示用5毫米直径钢球，在250公斤载荷下保持30秒钟测得的布氏硬度值为110 第9页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三洛氏硬度基本原理洛氏硬度同布氏硬度一样也属于压入硬度法，但它不是测压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。其原理如图1-4所示。洛氏硬度计算时，需要先后两次施加载荷（预载荷和主载荷），预载荷的目的是使压头与试样表面接触良好，以保证测量结果准确。0-0为未加载荷的压头位置，1-1位置为加上10kg预载荷后的位置，此时压入深度为h1，2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度包括由加载

8、引起的弹形变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹形变形恢复而捎提高到3-3位置，此时压头的实际压入深度为h3。洛氏硬度就是以主载荷引起的残余压入深度 h=h3-h1来表示的。这样直接以压入深度的大小表示硬度将会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值大的现象，这与布氏硬度所表示的大小概念相矛盾。为简便起见又规定每0.002mm压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上的一小格）。洛氏硬度值计算公式如下：K为常数，当采用金刚石圆锥时，K=0.2（用于HRA，HRC），采用钢球时，故上式可写成： 洛氏硬度克服了布氏硬度的缺点，它的压痕小，可测量高硬度，可直接读数，操作方便，效率高。 第10页，共14页，20

9、22年，5月20日，22点16分，星期三洛氏硬度 的外型及构造第11页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三洛氏硬度计的操作按表6-2选择压头及载荷。按试样形状、大小选载物台，然后将试样上下两面磨平，置于载物台上。预加载荷，依次顺时针方向旋转手轮4，使试样与压头接触，并观察读书百分表1小针移动至校红点为止。整读数表盘，使百分表盘上的长针对准硬度值的起点。如果试验HRB时，使长针与表盘上的红字B 处对准；如果试验HRC、 HRA时，使长针与表盘上的黑字C 处对准。加主载荷，平稳的向上扳动加载手柄5，手柄自动升高至停止位置（时间应为5-7秒）。并停留10秒。卸主载荷：扳回手柄至原来位置。读出硬度值：长针指向的数字为硬度的读数。HRB读红色数字，HRC、 HRA读黑色数字。第12页，共14页，2022年，5月20日，22点16分，星期三实验内容及步骤实验前阅读并弄清布氏硬度和洛氏硬度计的结构及注意事项;按规定的程序测定试样的布氏硬度和洛氏硬度值；第13页，共14页，2022年，5月20日，22