实验一金属材料的硬度实验

试验一、金属材料的硬度试验一、试验目的了解硬度测定的根本原理及应用范围。了解洛氏硬度试验机的主要构造及操作方法。二、试验原理硬度是金属材料局部抵抗硬物压入其外表的力气或金属材料外表抵抗局部塑性变形的力气。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。硬度值越高，说明金属抵抗塑性变形的力气越大，材料产生塑性变形就越困难。另外硬度与其他机械性能〔如强度指标σb及塑性指标ψ和δ〕之间有着确定的内在联系【低碳钢σb≈0.36HB，高碳钢σb≈0.34HB，合金调质钢σb≈0.36HB，灰铸铁σb≈0.1HB】。所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有打算性意义。测量硬度的方法主要有压入法、回跳法和刻划法三大类：的不同，压入硬度主要有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。公式示意图HBS(HBW)=P/A的不同，压入硬度主要有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。公式示意图HBS(HBW)=P/AHR=〔k-h〕 Hv=0.102F/A=18.173×P/d2/0.002仪器布氏硬度洛氏硬度维氏硬度显微硬度测〔硬质合金、有合金中不同相、表试材料的钢铁〕色金属、调质钢等1000N〕；〔2〕较薄工件、工具外表或镀层〔P=1.961～49.03N〕〔3〕金属箔类〔P<1.961N，显微硬度〕面硬化层、化学热处理渗层、镀层及金属箔材原淬火钢球〔HBS，适用HB<450〕或硬测定压痕深度同布氏硬度理〔HBW,适用450≤HB≤650〕来表示材料的夹角为136o的四棱锥体金刚石压头(P=0.01~0.2kgf)压入被测材料外表，一段时间后卸荷。硬度值②回跳硬度：主要用于金属材料，方法是使用一特制的小锤从确定高度自由下落冲击被测材料的试样，并以试样在冲击过程中的储存〔继而释放〕应变能的多少〔通过小锤的回跳高度测定〕确定材料的硬度。③划痕硬度：主要用于比较不同矿物的软硬程度，方法是使用一端硬一端软的棒，将被测材料沿棒外表划过，依据消灭划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说，硬物体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。在机械工业中广泛承受压入法来测定硬度。压入法硬度试验的主要特点是：试验时应力状态最软〔即最大切应力远远大于最大正应力〕，因而不管是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系：σ=K×HBσbσb：材料的抗拉强度值；HB：布氏硬度值；K：系数退火状态的碳钢K＝0.34~0.36合金调质钢K＝0.33~0.35有色金属合金K＝0.33~0.53就在于此。硬度测量后由于仅在金属外表局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。硬度值对材料的耐磨性、疲乏强度等性能也有确定的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其缘由就在于此。硬度测量后由于仅在金属外表局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。莫氏硬度笔〔对应材料镶嵌在笔头1824年由德国矿物学家莫斯(FrederichMohs)首先提出。应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的外表而发生划痕,1滑石(Talc〔硬度最小2(Gypsum，3方解石(Calcite，4萤石(Fluorite，5磷灰石(Apatite)，6正长石(Feldspar;Orthoclase;Periclase)，7石英(quartz)，8黄玉(topaz)，9刚玉(corundum)，10金刚石(diamond)。1.洛氏硬度测试法洛氏硬度试验的根本原理洛氏硬度测试法是目前应用最广泛的硬度试验方法。洛氏硬度试验的原理和布氏的不同在于：它不是以测量压痕的面积来计算硬度，而是依据压痕深度来确定硬度值指标。一般洛氏硬度机不需要直接测量压痕深度，其值可由刻度盘上的指针指示出来〔或液晶显示屏显示〕。洛氏硬度测定时，在规定条件下，将压头〔顶角为120°的金刚石圆锥或直径为1/16“〔1.588mm〕的淬火钢球或硬质合金球在初试验力下测量压痕剩余深度h，然后依据压痕的深度确定被测金属材料硬度值的方法称为洛氏硬度测试法，具体过程如下：图1 洛氏硬度试验原理图10-0位置为未加载荷时的压头位置，1-110Kgf预加载荷后的位置，h，2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度为h，h包括由加载1 2 2所引起的弹性变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹性变形恢复而稍提高到3-3位置，h此时压头的实际压入深度为。洛氏硬度就是以主载荷所引起的剩余压入深度〔h=h-h〕h3 3 1来表示。但这样直接以压入深度的大小表示硬度，将会消灭硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值大的现象，这与布氏硬度所标志的硬度值大小的概念相冲突。为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相全都，承受一常数〔k〕减去〔h-h〕的差值表示硬度值。为简便起3 1HR=〔k-h〕/0.002HR=〔k-h〕/0.002(h=h-h)3 1式中：h 预加载荷压入试样的深度〔mm〕；1h 卸除主载荷后压入试样的深度〔mm〕；k------常数，承受金刚石圆锥时k------常数，承受金刚石圆锥时k＝0.2mm〔用于HRA、HRC〕；承受钢球时k＝0.26mm〔用于HRB〕。因此上式可改为：

hh

hhHRC〔或HRA〕＝1003

；HRB＝1303 10.002 0.002洛氏硬度测试法测硬度简便、快速、压痕小，可测定的材料范围广。但由于压痕小，对组织比较粗大且不均匀的材料，所测结果不够准确，因此，需要在试样上测定三点取其平均值。硬度反映材料的耐磨性，也是金属材料的一项重要性能指标。由于洛氏硬度试验所用的试验力较大，不易用于测定极薄试样及渗碳层、金属镀层的硬度，因此可在洛氏硬度试验原理的根底上，通过减小试验力，提出了外表洛氏硬度的试验方法。外表洛氏硬度6种，可参见我国现行标准GB1818-1994《金属外表洛氏硬度试验方法》国家标准及其修订标准。3种试验力，39种组合，对应于洛氏硬度的99个标尺的应用涵盖了几乎全部常用的金属材料。其中以HRA、HRB和HRCHRAHRBHRC中的ABC为三种不同的标准，A标尺、B标尺、C98.07N〔10kgf〕【千克力就是1N=0.102kgf1kgf=9.8N计算硬度值。标尺A使用的是球形菱形压头，然后加压至588.4N〔60kgf〕；标尺B使用1/16“〔1.588mm〕的淬火钢球，然后加压至1471N〔150kgf〕，因此标尺B适CHRC标尺用于测试淬火钢、HRB标尺用于HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。依据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷协作使用。标尺符号/压头/N(kgf)F主试验标尺符号/压头/N(kgf)F主试验F有用范围应用范围1HRA120o金刚石圆锥碳化物、硬质合金、淬火工具钢、浅层外表硬化层HRB1.588mm钢球HRC120o金刚石圆锥软钢〔退火态、低碳钢正火态、铝合金淬火钢、调质钢、深层外表硬化层060105060～85100109025～1001501014020～67表注：(1)120°+30”0.21±0.01mm(2)10公斤洛氏硬度试验机的构造和操作1、接通电源，开机，有‘滴，滴’两声提示音2、设置试验点数〔3〕，最终得到平均值3、设置标尺：HRA，HRB，HRC4、设置保荷时间〔5s〕61选择留意：变换试验力时，必需处于卸荷状态，转动变荷手把选择试验力。7、安装压头：螺钉松开再拧紧，即可消退。8、开头测试：试样平稳放置在工作台上，在试验过程中不应发生移动现象。按下启动按钮，LCD下方显示‘加初试验力’，然后旋转手轮将工作LCD上方的进度条消灭可停顿旋转，LCD下方显示‘稳定中’。接着系统自动开头加荷直到主试验力，并显示硬度值。(b)操作，得到一个平均硬度值。留意事项：

3mm试样外表需平坦光滑，不得带有油、氧化皮、裂缝、凹坑等。可细砂轮或砂纸将工150oC。并使被测外表与压头保持垂直。依据被测金属材料的硬度凹凸，按表1选择压头、载荷。试样厚度应不小于压痕深度的10倍。两相邻压痕中心距离及压痕中心至试样边缘的3mm。加载时力的作用线必需垂直于试样外表。三、设备及试样