实验一材料的硬度测试实验剖析

实验一材料的硬度测试实验一、验目了解硬度测定的基本原理应用范围。了解布氏、洛氏、维氏硬试验机的主要结构及操作方。通过数据处理和硬度标尺间的换算，比较各材料之间硬度大小，同时了解材料的种类、热处理状态对其度的影响。二、验概硬度测量能够给出金属材软硬程度的数量概念。由于金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的形程度不同。因而硬度值可综合地反应压痕附近局部体内金属的弹性、微量塑变抗、塑变强化能力以及大量变抗力。硬度值越高，表明金抵抗塑性变形能力越大，材产生塑性变形就越困难。另，硬度与其它机械性能（如度指标及塑性指标）之间有定的内在联系，所以从某种思上说硬度的大小对于机械件或工具的使用性能及寿命有决定性意义。常用的硬度试验方法有：布氏硬度试验：主要用于色、有色金属原材料检验，可用于退火、正火钢铁零件的硬度测定。洛氏硬度试验：主要用于属材料热处理后的产品硬度验。维氏硬度试验：主要用于板或金属表层的硬度测定以较精确的硬度测定。显微硬度试验：主要用于定金属材料的显微组织组分相组分的硬度测定。1.布氏硬度布氏硬度试验是将一直径D的淬火钢球或硬质合金球，规定的试验力F用下压入被测金属表面，保持一时间t后卸除试验力，并量出试样表面的压痕直径d，根所选择的试验力、球体直径D及所测得的压痕径d的数值，求出被测金的布氏硬度值HBS或HBW，布硬度的测试原理如图1-1所示。图1-1布氏硬度的试原理图在试验测量时，可由测出压痕直径d直接查压痕直径布氏硬度对照表而得到所测-1-22的布氏硬度值。在进行布硬度试验时，球体直径D施加的试验力F和试验力保持时间都根据被测金属的种类、硬范围和试样的厚度范围进行择。布氏硬度试验规范如表1-1所示。表1-1布氏硬度试规范金属类型布氏硬度值范围(HBS)试样厚度/mm载荷F与钢球直径D的关系钢球直径D/mm载荷F/kgf载荷保持时间t/s黑色金属140～4506～3F=30D210300010黑色金属140～4504～2F=30D2575010黑色金属140～450＜2F=30D22.5187.510黑色金属＜140﹥6F=10D210100010黑色金属＜1406～3F=10D2525010黑色金属＜1403＜F=10D22.562.510有色金属﹥1306～3F=30D210300030有色金属﹥1304～2F=30D2575030有色金属﹥130＜2F=30D22.5187.530有色金属36～130﹥6F=10D10100030有色金属36～1306～3F=10D525030有色金属36～1303F=10D2.562.530有色金属8～35﹥6F=2.5D21025060有色金属8～356～3F=2.5D2562.560有色金属8～353F=2.5D22.515.660布氏硬度试验测出的硬度比较准确，但它不宜测定成件或薄片金属的硬度。同时也不能测定硬度高于450HBS或650HBW的金属材料，则压头（淬火钢球或硬质合球）会产生塑性变形或破，而降低测量的精度。2.洛氏硬度洛氏硬度试验是以锥角为120的金刚石圆锥体者直径为1.588mm的火钢球为压头，在规定的初载荷和主荷作用下压入被测金属的表，然后卸除主载荷，在保留载荷的情况下，测出由主载所引起的残余压入深度h值再由h值确定洛氏硬度值HR大小。洛氏硬度的测试原如图1-2所示。图1-2洛氏硬度实验理示意图-2-洛氏硬度值的计算公式为HR=K-

h0.002式中的位为mm。K为常数，当采用金石圆锥压头时，K=100当采用淬火钢球压时，K=130。了能用同一硬度测定从极软到极材料的硬度，可以通过采不同的压头和载荷，组成15种不同的洛氏硬度标尺，中最常用的有HRAHRB、HRC三种。常用洛氏硬度的试验规范表1-2所示。表1-2

三种常用洛氏度的试验范符号压头类型载荷/kgf硬度值有效范围使用范围HRA120°金刚石圆锥体60（600N）70～85适用于测量硬质合金表面淬火层或渗碳层HRB直径为1.588mm的火钢球100（1000N）25～100适用于测量有色金属退火钢、正火钢等HRC120°金刚石圆锥体150（1500N）20～67适用于测量调质钢、火钢等三、验仪设备材料1.布氏硬度试验机（压痕量采用JC-10型读显微镜或布氏硬测量分析软件）2.数显洛氏硬度计维氏硬度计（该种设备由验老师操作演示）材料：①45钢或者T12钢；②铝板或者铜板布氏度计HB-3000型布氏硬度计的结构图1-3所示。1—小杠杆；2—弹簧；3压轴；4—主轴衬套；5—头；6—工作台7—工作立柱；8—螺杆；9—降手轮；10—螺母；11—套筒；12—电机；13减速器；14—压紧螺钉15—轴柄；16—按钮开关17—换向开关；18—砝；19—大杠杆；20—-3-吊环；21—加荷指示灯；22—体；23—电源开关图1-3HB-3000型布硬度计简图试验时将试样放在工作台上，按顺时针方转动手轮9，使工作台上升试样与压头5相接触，并在手轮打后，开动电动机12，经二蜗轮蜗杆减速器13减速后，驱动轴柄15沿逆时针向转动，此时压即可以由砝码18通过大杠19、小杠杆1及压轴3的作用，以一定大小的载压入试样。停留一定时间后电动机自动反转，曲柄连杆动摇杆上升而卸除载荷。在闭电动机后，反时针方向转手轮，使工作台下降并取下样。最后用读数显微镜测出压直径值根据值大小查表即可求得氏硬度值。JC-10型读数显微：读数显微镜的结构如图所示。图1-4JC-10型读数微镜的结构读数显微镜由测微目镜组物镜筒1、长镜筒2、镜筒底座3所组成。长镜靠镜筒锁紧螺丝20与镜筒合座19连接。在测微目镜中，在目镜的焦面上固定不地装着刻有从0到6mm标的分划板4，一格的分划值1mm。分划板的刻线朝下，就在这个下平面上，在允许的间隙内装着第二块玻璃分划板5，在朝向目镜的上平面上刻有互直角的二根长丝。分划板坚实地与分划板6连接，下分划座6可以沿读数鼓轮的测微螺丝7的轴心移动。下划板6的移动平滑性由精致滑板8、滑板槽9拉力弹簧10、测微螺丝7与固定的数指示套11内的口螺帽12的良好配合来保。当以顺时针方向旋转读数鼓轮时，测螺丝7使下分划板座6带动分划板5向前移动；当以逆针方向旋动读数鼓轮时，拉弹簧10则向后拉下分划板座6连下分划板5。读数鼓轮的测微螺丝的螺为1mm，而不动的上分板4的分划值也等于1mm所以读数鼓轮转动一周，下划板5上的长线就相对上分板移动一格。这样根据不动上-4-分划板便可以读出读数鼓的整转来。读数鼓轮分成100个格，而测微螺丝的螺距等1mm，读鼓轮转动一格便0.01mm，全部数等于上分划板的读数加上读数轮上的读数。读数显微镜的使用方法：仪器置于被测物体上，使被物件的被测部分用自然光或用灯光照明，然后调节目螺旋，使视场中同时看清分板和物体象。进行测量时，旋动读数鼓轮，使刻有长丝玻璃分划板移动，同时稍微动读数显微镜，使竖直长丝被测圆孔压痕的一边相切，到一个读数，然后再旋动读鼓轮，使竖直长丝与被测圆压痕的另一边相切，又得到个读数，二者之差即为被测孔压痕的直径。TH320全洛氏硬度计：本硬度计功能设置方法详其操作规程。将试样放置在样品台中央顺时针平稳转动手轮，使样台上升，试样与压头接触。此时屏幕上出现压头运动程示意图，最后一格表示加初试验力终止位置。平缓转手轮，直到压头达到终止位，同时伴有蜂鸣报警，此时立即停止转动手轮。如果手轮转动有少量过量不影响测量结果即精度，如转动过量较大，试验机自动报警，并提示此时应重新始。初试验力加载完成后，测开始自动进行。依次完成一过程：主试验力加载，加载完成后开始设定保持时间计时，保持总试验力，时间后立即开始卸载，最后显示试结果。逆时针转动手轮，样品台降，全部试验力卸除，所有验参数自动记忆，等待下次测试。四、验内及操步骤．了解硬度计的构造、原、使用方法、操作规程和安注意事项。．根据被测材料的种类、处理状态等选择适宜的硬度尺。．按照仪器设备的操作规分别进行布氏硬度和洛氏硬测定。五、意事试样两端要平行，表面应整，若有油污或氧化皮，可砂纸打磨，以免影响测量。圆柱形试样应放在带有“V”型槽的工作台上操作，以试样滚动。加载时应细心操作，以免坏压头。加预载荷（10kgf时若发现阻力太，应停止加载，即报告，检查原因。测定硬度值，卸掉载荷后必须使压头完全离开试样后取下试样。-5-金刚石压头系贵重物件，硬而脆，使用时要小心谨慎严禁与试样或其他物件碰撞。应根据硬度试验机试样范，按规定合理使用不同的载和压头，超过使用范围将不能获得准确的硬度值。六、验报要求写出实验目的；写出实验过程；实验结果记录，将实验数填入表格内，采用正确的标方法表示实验结果；要求在验报告纸上重新画数据记表，以方便装订。分析说明布氏硬度和洛氏度的优缺点及其选用的基本则；本次实验的体会