硬度測量實驗報告

1、硬度測量實驗報告 硬度測量實驗報告 一 、 實驗?zāi)康?1、 了解常用硬度測量原理及方法; 2、 了解布氏與洛氏硬度的測量范圍及其測量步驟與方法; 二、實驗設(shè)備 洛氏硬度計、布洛維硬度計、軸承、試塊 三、 實驗原理 1. 硬度就是表示材料性能的指標之一,通常指的就是一種材料抵抗另一較硬的具有一定形狀與尺寸的物體(金剛石壓頭或鋼球)壓入其表面的阻力。由于硬度試驗簡單易行,又無損于零件,因此在生產(chǎn)與科研中應(yīng)用十分廣泛。常用的硬度試驗方法有:洛氏硬度計,主要用于金屬材料熱處理后的產(chǎn)品性能檢驗。布氏硬度計,應(yīng)用于黑色、有色金屬材料檢驗,也可測一般退火、正火后試件的硬度。 2. 洛氏硬度 洛氏硬度測量法就

2、是最常用的硬度試驗方法之一。它就是用壓頭(金剛石圓錐或淬火鋼球)在載荷(包括預(yù)載荷與主載荷)作用下,壓入材料的塑性變形濃度來表示的。通常壓入材料的深度越大,材料越軟;壓入的濃度越小,材料越硬。下圖表示了洛氏硬度的測量原理。 圖: 未加載荷,壓頭未接觸試件時的位置。 2-1:壓頭在預(yù)載荷 p0(98、1n)作用下壓入試件深度為 h0 時的位置。h0 包括預(yù)載所相起的彈形變形與塑性變形。 2-2:加主載荷 p1 后,壓頭在總載荷 p= p0+ p1 的作用下壓入試件的位置。 2-3:去除主載荷 p1 后但仍保留預(yù)載荷 p0 時壓頭的位置,壓頭壓入試樣的深度為 h1。由于 p1所產(chǎn)生的彈性變形被消除

3、,所以壓頭位置提高了 h,此時壓頭受主載荷作用實際壓入的濃度為h= h1- h0。實際代表主載 p1 造成的塑性變形深度。 h 值越大,說明試件越軟,h 值越小,說明試件越硬。為了適應(yīng)人們習慣上數(shù)值越大硬度越高的概念,人為規(guī)定,用一常數(shù) k 減去壓痕深度 h 的數(shù)值來表示硬度的高低。并規(guī)定 0、002mm 為一個洛氏硬度單位,用符號 hr 表示,則洛氏硬度值為: 002 . 0-hh kr = 3、布氏硬度 布氏硬度的測定原理就是用一定大小的試驗力 f(n)把直徑為 d(mm)的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測金屬的表面,保持規(guī)定時間后卸除試驗力,用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕平均直徑 d(mm),然后按公

4、式求出布氏硬度 hb 值,或者根據(jù) d 從已備好的布氏硬度表中查出 hb 值。 測量范圍為 8650hbw 由于金屬材料有硬有軟,被測工件有厚有薄,有大有小,如果只采用一種標準的試驗力 f 與壓頭直徑 d,就會出現(xiàn)對某些工件與材料的不適應(yīng)的現(xiàn)象。因此,在生產(chǎn)中進行布氏硬度試驗時,要求能使用不同大小的試驗力與壓頭直徑,對于同一種材料采用不同的 f 與 d 進行試驗時,能否得到同一的布氏硬度值,關(guān)鍵在于壓痕幾何形狀的相似,即可建立f與d的某種選配關(guān)系,以保證布氏硬度的不變性。 特點:一般來說,布氏硬度值越小,材料越軟,其壓痕直徑越大;反之,布氏硬度值越 大,材料越硬,其壓痕直徑越小。布氏硬度測量的

5、優(yōu)點就是具有較高的測量精度,壓痕面積大,能在較大范圍內(nèi)反映材料的平均硬度,測得的硬度值也較準確,數(shù)據(jù)重復(fù)性強。 四、 實驗內(nèi)容 1. 測量滾動軸承表面洛氏硬度值 使用洛氏硬度計對軸承外圈進行硬度測定,記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù): 加載力(kgf)= 1471 n 硬度值測定 平均值 測量次數(shù) 第一次 第二次 第三次 hrc 61、9 61、2 62、6 61、9 2. 測量試塊表面布氏硬度值 在布洛維硬度計上,使檔位調(diào)至布氏硬度測定檔,試塊進行表面硬度測定,記錄相關(guān)測定數(shù)據(jù): 加載力(kgf) = 980 n 凹痕直徑(mm) 平均值(mm) 測定次數(shù) 第一次 第二次 第三次 x 方向 254、9 25

6、1、2 250、1 252、1 y 方向 256、3 244、6 250、5 250、5 ) - d - (d22 2d dphbp= (d=2、5 mm ; d=讀數(shù)差0、004) 五、 思考題 1. 測量硬度前為什么要進行打磨？ 答:測試樣品與工作臺的接觸面不平。按照國家標準 gb/t 230、1-2021,洛氏硬度值=100-h/0、002,式中 h 為洛氏硬度計壓頭壓入樣品的深度,也就就是說每 0、002 毫米或 2 微米代表 1hrc硬度單位,因此被測試樣品與工作臺接觸面的平整度將對測試結(jié)果產(chǎn)生極大的影響。當試樣底面不平時,載荷完全施加時只要試樣因為不平整而導(dǎo)致輕微的偏轉(zhuǎn),就可能使壓

7、頭多向下移動幾個微米,測試結(jié)果就可能引起 1-5hrc 的誤差,甚至更大。因此,測試前被測樣品的底面必須用機械加工(如磨床)或手工方法(如砂紙打磨)磨平,以減小測試誤差。 2. hrc、hb 與 hv 的試驗原理有何異同? 答:1、布氏硬度(hb) 以一定的載荷(一般 3000kg)把一定大小(直徑一般為 10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(hb),單位為公斤力/mm2 (n/mm2)。 2、洛氏硬度(hr) 當 hb450 或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它就是用一個頂角 120的金剛石圓錐體或直徑為 1、5

8、9、3、 18mm 的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗材料硬度的不同,分三種不同的標度來表示: hra:就是采用 60kg 載荷與鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。 hrb:就是采用 100kg 載荷與直徑 1、58mm 淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。 hrc:就是采用 150kg 載荷與鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。 3 維氏硬度(hv) 以120kg以內(nèi)的載荷與頂角為136的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度 hv 值(kgf/mm2)。 3. hrc、hb 與 hv 各有什么優(yōu)缺點？各自適用范圍就是什么？舉例說明 hrc、hb 與 hv適用于哪些材料及工藝？ 答:布氏硬度(hb)適用于退火正火鋼,壓痕大,適用于硬度不均勻材料,不適用于薄料。硬度值應(yīng)在有效測量范圍內(nèi)(hrc 為 20-70)為有效;布氏硬度計多用于原材料與半成品的檢測,由于壓痕較大一般不用于成品檢測。一般 hbs 只適用于 450n/m