金属材料硬度测定

一、试验目的

2金属材料硬度测定把握金属布氏、洛氏、维氏硬度的试验原理和测定方法。了解各种硬度试验方法的特点、应用范围及选用原则。学会正确使用各种硬度计。二、试验原理硬度是材料力学性能的重要指标之一为快速而经济的力学性能试验方法，在生产及科研中应用格外广泛。硬度试验方法有很多，最常用的有：布什法、洛氏法、维氏法和显微维氏法。金属材料布氏硬度布什硬度试验是将直径为D〔mm〕的硬质钢球，以相应的试验力F〔kgf〕压入被测金〔如下图经规定保持时间t求压痕外表积〔m2。将单位压痕面积承受的平均压力F/〕定义为布什硬度，其符号HB表示。F〔a〕〔F〔a〕〔b〕〔a〕钢球压入试样外表〔b〕卸去载体后测定压痕直径其计算公式如下：HBF F

2FD(DD(D D2d2)A Dh式中h——压痕凹陷的深度，mm；πDh——为压痕的外表积，mm2布氏硬度的单位为kgf/mm2，但一般不标注单位。如载荷的单位用牛顿(N)，则布氏硬MPa0.102d是变数，故只需测出压痕直径d，依据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。压痕直径是用读数显微镜测量的，其使用方法参照图2-2。.在读数显微镜的测微目镜0～81〔见图2-2直〔见图2-2。当旋动读数指示套时，下分划板可左右移动，而上分划板则固定不动。读数指示套由0100划分了100个小格，每一小格的单位是0.01毫米〔见图2-2。象。进展测量时，先旋动读数指示套，使刻有长丝的下分划板移动，同时略微移动读数显微被测压痕的另一边相切，又得一读数，二者之差即为被测压痕的直径。123456789012345678908070〔a〕测量例如

〔b〕读数显示套2-2读数显微镜测量示意图布氏硬度值的表示方法，一般记为“数字+硬度符号(HBW)+数字/数字/数字”的形式，5mm3000kgf载荷作用下保持30s600，600HBW10/3000/3010~15s时可不标注。球体直径D规定有四种：10、5、2.5和1mm。主要依据试样厚度来选择，试样厚度至少应为压痕深度的8倍。在试样厚度允许的条件下，应尽可能选用较大直径的球体作压头，从而得到能够真实反映出金属平均硬度的较大压痕。布氏硬度试验的根本条件是载荷P和压球直径D必需事先确定，只有这样所得的数据压头直径D及试验力F时，应保证得到几何相像的压痕〔即压痕的压入角φ保持不变。2-2中可看出，φ和d的关系代入〔2-1〕式后得：F2D F2D 21sin)2由公式〔2-2〕可知要保证同一材料得到一样的硬度值，必需使F/D2为常数。这样对于F/D2的比值，以便将压入角φ限制在28˚～74˚的范围内，与此对应的压痕直径d在(0.24～0.6)D之间。2-2压痕相像原理生产上常用的F/D230、15、10、5、2.51共六种，依据材料种类不同和布2-1所示当球体直径DF/D2比值确定后，试验力F也就随之被确定了。2-1布氏硬度试验F/D2值的选择材料钢、镍合金、钛合金布什硬度F/D230铸铁＜14010≥14030铜及铜合金＜35535～20010＞20030轻金属及其合金＜3535～80＞802.55、10、1510、15铅、锡1布什硬度试验优点是承受较大直径的压头和压力，因而压痕面积大，能反映出较大体积范围内材料各组成相的综合平均性能零件的硬度测定。金属洛氏硬度洛氏硬度是以肯定的压力将压头压入试样外表硬度。压头分为两类〔〕=12º0.2m的金刚石圆锥体，适于2-4洛氏硬度试验原理图测定淬火钢材等较硬的材料〔〕1.588m和3.175m2-4洛氏硬度试验原理图图2-3中0—0F，0这样压头到达1—1位置，压痕深度ab=h0点，随后再加上主试验力F，压头到达2—2位置，1压痕深度ac=h

，金属在F作用下产生总变形h中包括弹性变形与塑性变形。当将F卸除后，1 1 1 1总变形中的弹性变形恢复，使压头上升一段距离到达3—3位置，压痕深度ad=h，于是得到2金属在F0作用下的剩余压痕深度增量bd=e〔其值0.002mm为单位表示〕，e也就是压头受主试验力F1作用实际压入的深度。e值越大说明金属洛氏硬度越低；反之，则说明硬度越高。k减去e每0.002mm为一个硬度单位，用符号HR表示，即HRke 〔2-3〕当使用金刚石圆锥体压头时，常数k为100；当使用淬火钢球压头时，常数k定为130。按上式换算出相应的硬度值。因此，在试验过程中金属的洛氏硬度值可直接读出。度标尺。每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后注明，有9种之多，常用的是HRA、HRB和HRC。其试验标准及应用见表2-2硬度符号压头类型2-2初始试验力/kgf各种洛氏硬度的试验标准及应用主试验力总试验测量硬度/kgf 力/kgf 范围应用实例HRA锥1050 60 20～88硬化钢、硬质合金等HRBΦ1.588mm淬火钢球90 100 20～100可锻铸铁等HRC140 150 20～70锥铁等HRD锥9010040～77薄钢板、中等外表硬化钢、珠光体可锻铸铁等HREΦ3.175mm淬火钢球9010070～100轴承合金HRFΦ1.588mm淬火钢球506060～100HRGΦ1.588mm淬火钢球14015030～94镍锌合金HRHΦ3.175mm淬火钢球506080～100铝、铅、锌HRKΦ3.175mm淬火钢球14015040～100材金属维氏硬度及显微维氏硬度维氏硬度的测定原理和布氏硬度一样硬度值。所不同的是维氏硬度承受锥面夹角为136优点。其试验原理如图2-4所示。压头在试验力F〔单位为kgf或N〕作用下，将试样外表压出一个四方锥形的压痕，经规定保持时间后，卸除试验力，测量出压痕对角线平均长度d[d=(d1+d2)/2，用以计算压痕的外表积。维氏硬度值H〕A所得的商值：

F 2Fsin

2 1.8544FHV A d2

〔2-4〕Fkgf，dmmkgf/mm2，但一般不标注单位。如载荷的单位用牛顿(N)，则维氏硬度的单位变为MPa0.102。FF2-5维氏硬度试验原理图维氏硬度的表示方法同布氏硬度，如640HV30/20,前面的数字为硬度值，后面的数字依次为所加载荷〔kgf〕和保持时间。维氏硬度试验时，所加的载荷是50N，100N，200N，300N，500N，1000N等六种。当载荷肯定时，即可依据dd直径查表得到硬度值。显微硬度试验一般是指测试载荷小于2N同的相、外表硬化层、渗层、镀层等显微硬度。金属显微维氏硬度的符号、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、试验设备及材料硬度计：布什、洛氏、维氏硬度计2..试验材料：T12、20钢或灰铸铁、渗氮件等。四、试验方法和步骤了解各种硬度计的构造原理，学习操作规程及安全留意事项，把握操作方法。对各种试样选择适宜的硬度试验方法，确定试验条件。测定几种给定材料的硬度，记录试验结果。