实验1金属材料硬度测定

金属材料及热处理实验指导书〔2022-2022秋季学期〕指导教师：1金属材料硬度测定一、实验目的范围。二、实验原理概述金属的硬度可以认为是金属材料外表在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种才能。硬度测量可以给出金属材料软硬程度的数量概常用的硬度试验方法有：火和调质处理的钢材。洛氏硬度试验——主要用于测量成品零件。维氏硬度试验——主要用于测定较薄材料和硬材料。显微硬度试验——主要用于测定显微组织组分或相组分的硬度。布氏硬度布氏硬度实验是施加一定大小的载荷D的钢球压入第0页共10页 材料工程学院实验中心1-1所示〕保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属外表上所压出的凹痕面积A 求出平均应力值，以此作为凹硬度值的计量指标，并用符号HB表示。其计算公式如下：HB=F/A 1-1〕凹式中HB——布氏硬度；F——施加外力，N；A 。凹图1-1 布氏硬度的试验原理根据压痕面积和球面面积之比等于压痕深度h和钢球直径之比的几何关系，可知压痕局部的球面面积为：A =πDh 〔1-2〕凹式中 D——钢球直径，mm;h——压痕深度dh1-2中的h改换成d来表示，这样可以根据集合关系求出(D/2)-h=[(D/2)2-(d/2)]1/2h=[D-(D2-d2)1/2]/2 〔1-3〕第1页共10页 材料工程学院实验中心将式(1-2)和式(1-3)代入式(1-1)既得F 2FHB= =

(1-4)A凹πD(D D2当试验力P的单位是N时πD(D πD(D D2A凹

0.204F

(1-5)d,故只需测出压痕直径d,DF值就可以计算出HB值。在实际测量时，可由压痕直径d直径查表得到HB值。F/D2=HB来说，得到的HB值也可以经行比较。表1-1布氏硬度试验范围材料硬度范围HB试样厚度/mmF/D2钢球直径/mm载荷F/D载荷保持时间/s黑色金属140~1506~3301029400104~257350<22.51837.5<140>610109800106~352450<32.5612.5铜合金及36~130>61010980030镁合金6~352450<32.5612.5铝合金及8~35>62.510245060轴承合金6~35612.5<32.5152.88洛氏硬度洛氏硬度试验常用的压头为圆锥角为120°，顶部曲率半径为0.2mmD=1.588F,h0 0痕深度的基线。随后再加上主试验力F 后，此时压痕深度的增量为1第2页共10页 材料工程学院实验中心h。金属在主试验力F作用下产生的总变形h中包括了弹性变形和1 1 1塑性变形。将F 卸除，后总变形中的弹性变形恢复，使压头上升一1Fh〔将此压痕深0he0.002mme值越大表示金属洛k减去e号HR表示，即HR=k-e (1-6),k100;头时,常数k130.实际测定洛氏硬度时,由于在硬度计的压头上方装有百分表,可直接测出压痕深度,并按(1-6)换算出相应的硬度值。因此，在试验过程中金属的洛氏硬度可以直接读出。尺有A,B,C三种，其硬度值的符号分别用HRA、HRBHRC1-2。第3页共10页 材料工程学院实验中心材料工程学院实验中心第材料工程学院实验中心第8页共10页压头类型验力主试验力压头类型验力主试验力/kgf(N)硬值度应用实例HRAHRC120°金刚石圆锥体硬度大于100HRB的HRBΦ1.588mm淬火钢球铜合金、铝合金、退HRD120°金刚石HREΦ3.175mm钢球灰铸铁、铝合金、镁合金、轴承合金HRFΦ1.588mm钢球退火铜合金、软质薄合金板HRGΦ1.588mm钢球可锻铸铁、铜镍合金、铜镍锌合金HRHΦ3.175mm钢球铝、铅、锌HRKΦ3.175mm钢球轴承合金，较软金属，薄材50(490)65-85140(1372)20-6790(882)25-10090(882)40-4710(98)90(882)70-10050(490)60-100140(1372)30-9450(490)80-100140(1372)40-100维氏硬度球体而是两对面夹角α=136°的金刚石四棱椎体。压头在试验力F〔单位是kgfN〕作用下，将试样外表压一个四棱椎形压痕，经规均长度dd=d1 d22

(1-7)d1d2,用以计算压痕的外表积.HVF除以压痕外表积A得的商。当试验力F1kgf〔9.8N〕时计算公式为HV=

F FA=1.8544d2

(1-8)当试验力F的单位为N时计算公式如下:A显微硬度A

HV=0.102F

F=1.891d2

(1-9)符号、硬度值的计算公式和表示方法与宏观维氏硬度试验法完全一样。三、实验设备及材料硬度计；0.01mm。标准硬度块：不同硬度试验方法的标准硬度块。45T8T12试样，尺寸为。四、试验步骤与方法卷须知。实验和试样条件选择压头、载荷。用标准硬度块校验硬度计。试样支撑面、工作台和压头外表应清洁。保持载荷规定的时间〔对布氏、维氏硬度，卸去载荷后用读书显微镜测量压痕尺寸，计算或查表〕，卸去载荷准确地记录试验数据。五、本卷须知砂纸打磨，以免影响测量。圆柱形试样应放在带有V动。加载时应细心操作，以免压坏压头。试样。与试样或其他物件碰撞。压头。六、实验报告要求简述布氏硬度和洛氏硬度的试验原理，优缺点及应用。必要的硬度值换算。分析用布氏硬度试验方法能否直接测量成品或者较薄的工件。实验1附表表一压痕直径与布氏硬度对照表压痕直径30D210D230D210D22.5D230D210D22.5D22.50601200－2.55578193－4.2520167.116.82.60555158－4.3019765.516.42.65534178－4.3519263.916.02.70514171－4.4018762.415.62.75495165－4.4518360.915.22.80477159－4.5017959.914.92.85461154－4.5517458.114.52.90444148－4.6017056.814.22.95429143－4.6516755.513.93.0041513834.64.7016354.313.63.0541013333.44.7515953.013.33.1038812932.34.8015651.913.03.1537512531.34.8515250.712.73.2036312130.34.9014949.612.43.2535211829.34.9514648.512.23.3034111428.45.0014347.511.93.3533111027.55.0514046.511.63.4032110726.75.1013745.511.43.4531110425.95.1513444.611.23.5030210125.25.2013143.710.93.552939824.55.2512842.810.73.602859523.75.3012641.910.53.6527792.323.15.3512341.010.33.7026989.722.45.4012140.210.13.7526287.221.85.4511839.49.863.8025584.921.25.5011638.69.663.8524882.620.75.5511437.99.463.9024180.420.15.6011137.19.273.9523578.319.65.6510936.49.104.0022976.319.15.7010735.68.904.0522374.318.65.7510535.08.764.1021772.418.15.8010334.38.594.1521270.617.65.8510133.78.434.2020768.817.25.909933.18.26

在以下载荷P(kgf)下布氏硬度HB

压痕直径d10,mm

在以下载荷P(kgf)下布氏硬度HB注：1.本表摘自国家标准金属布氏硬度试验法(GB231-63)中规定的数据。2.表中压痕直径为D＝10mmD＝5mm或D＝2.5mm钢球试验时，24倍。例如用D＝5mm750kgf载荷下所得的压痕直径为1.65m1.652=3.30m341kgf=9.80665。布氏硬布氏硬洛氏硬度度维氏硬度HV布氏硬洛氏硬度度维氏硬度HV布氏硬度HB10/3000HB10/3HB10/HRA洛氏维氏硬度 硬度HRB HV－－－－－－－－－－－－－－50146647446144943642441340139138037036035083.983.382.882.281.781.280.680.179.579.078.577.977.476.976.375.875.374.774.273.773.272.672.1271.671.170.570.069.5〕HRC000HRAHRC300065856341〔69.0〕3734714082.515464825332〔68.5〕3633813882.015263795323〔68.0〕3532013681.014962766314〔67.5〕3432013480.514861739306〔67.0〕3331213279.514560713298〔66.4〕3230413079.014359688291〔65.9〕3129612878.014058664283〔65.4〕3028912677.01385764227564.9〕2928112476.013556620269〔64.4〕2827412275.013255599263〔63.8〕2726812074.013054579257〔63.3〕2626111873.012853561251〔62.8〕2525511772.512652543245〔62.3〕2424011672.012551525240〔61.7〕2324311571.512450509234〔61.2〕2223711470.512249493229〔60.7〕2123111370.012148478225〔60.2〕2022611269.011947463220〔59.7〕〔19〕22111168.511846449216〔59.1〕〔18〕21611067.511645436211〔58.6〕〔17〕21110967.011544423208〔58.1〕〔16〕－1086