試驗(yàn)一材料的硬度測(cè)試試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一材料的硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解硬度測(cè)定的基本原理及應(yīng)用范圍。2. 了解布氏、洛氏、維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。3. 通過數(shù)據(jù)處理和硬度標(biāo)尺之間的換算，比較各材料之間的硬度大小，同時(shí)了解材料的種類、熱 處理狀態(tài)對(duì)其硬度的影響。、實(shí)驗(yàn)概述硬度測(cè)量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。由于在金屬表面以下不同深處材料所承受的應(yīng)力和所發(fā)生的變形程度不同。因而硬度值可以綜合地反應(yīng)壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強(qiáng)化能力以及大量變形抗力。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形能力越大，材料產(chǎn)生塑 性變形就越困難。另外，硬度與其它機(jī)械性能（如強(qiáng)度指標(biāo)及塑性指標(biāo)）之間有一定的內(nèi)在

2、聯(lián)系，所 以從某種意思上說硬度的大小對(duì)于機(jī)械零件或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。常用的硬度試驗(yàn)方法有：布氏硬度試驗(yàn)：主要用于黑色、有色金屬原材料檢驗(yàn)，也可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測(cè)定。 洛氏硬度試驗(yàn)：主要用于金屬材料熱處理后的產(chǎn)品硬度檢驗(yàn)。維氏硬度試驗(yàn)：主要用于薄板或金屬表層的硬度測(cè)定以及較精確的硬度測(cè)定。顯微硬度試驗(yàn)：主要用于測(cè)定金屬材料的顯微組織組分或相組分的硬度測(cè)定。1. 布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)是將一直徑為 D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗(yàn)力F作用下壓入被測(cè)金屬表面，保持一定時(shí)間 t后卸除試驗(yàn)力，并測(cè)量出試樣表面的壓痕直徑 d，根據(jù)所選擇的試驗(yàn)力 F、 球體直徑D及所測(cè)得的

3、壓痕直徑 d的數(shù)值，求出被測(cè)金屬的布氏硬度值 HBS或HBW，布氏硬度的 測(cè)試原理如圖1-1所示。布氏硬度的測(cè)試原理圖圖1-1在試驗(yàn)測(cè)量時(shí)，可由測(cè)出的壓痕直徑 d直接查壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表而得到所測(cè)的布氏硬度值。在進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，球體直徑D、施加的試驗(yàn)力F和試驗(yàn)力的保持時(shí)間t都應(yīng)根據(jù)被測(cè)金屬 的種類、硬度范圍和試樣的厚度范圍進(jìn)行選擇。布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范如表1-1所示。表1-1布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范金屬類型布氏硬度值范圍(HBS)試樣厚度/mm載荷F與鋼球直徑D的關(guān)系鋼球直徑D/mm載荷F/kgf載荷保持時(shí)間t /s黑色金屬14045063F=30D210300010425750V 22.518

4、7.5V 140 6F =10D2101000106352503V2.562.5有色金屬 13063F =30D210300030425750V 22.5187.536 130 6F =10D21010003063525032.562.5835 6F =2.5 D2102506063562.532.515.6布氏硬度試驗(yàn)測(cè)出的硬度值比較準(zhǔn)確，但它不宜測(cè)定成品件或薄片金屬的硬度。同時(shí)，也不能測(cè) 定硬度高于 450HBS或650HBW的金屬材料，否則壓頭(淬火鋼球或硬質(zhì)合金球)會(huì)產(chǎn)生塑性變形 或破裂，而降低測(cè)量的精度。2. 洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)是以錐角為 120 的金剛石圓錐體或者直徑為1.588

5、mm的淬火鋼球?yàn)閴侯^，在規(guī)定的初載荷和主載荷作用下壓入被測(cè)金屬的表面，然后卸除主載荷，在保留初載荷的情況下，測(cè)出由主 載荷所引起的殘余壓入深度h值，再由h值確定洛氏硬度值 HR的大小。洛氏硬度的測(cè)試原理如圖1-2所示。圖1-2洛氏硬度實(shí)驗(yàn)原理示意圖洛氏硬度值的計(jì)算公式為:HR = K0.002式中h的單位為mm K為常數(shù)，當(dāng)采用金剛石圓錐壓頭時(shí)， K=100;當(dāng)采用淬火鋼球壓頭時(shí)， K=130。 為了能用同一硬度計(jì)測(cè)定從極軟到極硬材料的硬度，可以通過采用不同的壓頭和載荷，組成15種不同的洛氏硬度標(biāo)尺，其中最常用的有 HRA、HRB、HRC三種。常用洛氏硬度的試驗(yàn)規(guī)范如表1-2所示。表1-2三種

6、常用洛氏硬度的試驗(yàn)規(guī)范符號(hào)壓頭類型載荷/ kgf硬度值 有效范圍使用范圍HRA120 金剛石圓錐體60（600N）7085適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、表面淬火層 或滲碳層HRB直徑為1.588 mm的淬火鋼球100（1000N）25 100適用于測(cè)量有色金屬、退火鋼、正火鋼等HRC120 金剛石圓錐體150（1500N）2067適用于測(cè)量調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料1. 布氏硬度試驗(yàn)機(jī)（壓痕測(cè)量采用JC-10型讀數(shù)顯微鏡或布氏硬度測(cè)量分析軟件）2. 數(shù)顯洛氏硬度計(jì)3. 維氏硬度計(jì)（該種設(shè)備由實(shí)驗(yàn)老師操作演示）4. 材料：45鋼或者T12鋼；鋁板或者銅板。布氏硬度計(jì)：HB-3000型布氏硬度計(jì)

7、的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。1 小杠桿；2彈簧；3壓軸；4 主軸襯套；5壓頭；6 工作臺(tái)7工作臺(tái)立柱；8 螺桿；9 升降手輪；10螺母；11 套筒；12 電機(jī)；13減速器；14壓緊螺釘；15軸柄；16按鈕開關(guān)；17換向開關(guān)；18 砝碼；19大杠桿；20吊環(huán)；21 加荷指示燈；22 機(jī)體；23電源開關(guān)圖1-3HB-3000型布氏硬度計(jì)簡(jiǎn)圖試驗(yàn)時(shí)將試樣放在工作臺(tái)6上，按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪9,使工作臺(tái)上升至試樣與壓頭5相接觸，并在手輪打滑后，開動(dòng)電動(dòng)機(jī)12，經(jīng)二級(jí)蝸輪蝸桿減速器13減速后，驅(qū)動(dòng)軸柄15沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)壓頭即可以由砝碼18通過大杠桿19、小杠桿1及壓軸3的作用，以一定大小的載荷壓入試樣

8、。停留一定時(shí)間后，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)，曲柄連桿帶動(dòng)搖桿上升而卸除載荷。在關(guān)閉電動(dòng)機(jī)后，反時(shí)d值，根據(jù)d值的大小針方向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使工作臺(tái)下降并取下試樣。最后用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕直徑 查表即可求得布氏硬度值。JC-10型讀數(shù)顯微鏡： 讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)如圖 1-4所示。4上井劃血I7radi*故當(dāng)/2長(zhǎng)鏈幼5T廿劃買1物鏡窗圖1-4JC-10型讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)讀數(shù)顯微鏡由測(cè)微目鏡組、物鏡筒1、長(zhǎng)鏡筒2、鏡筒底座3所組成。長(zhǎng)鏡筒靠鏡筒鎖緊螺絲20與鏡筒套合座19連接。在測(cè)微目鏡組中，在目鏡的焦面上固定不動(dòng)地裝著刻有從0到6mm標(biāo)尺的分劃板4, 一格的分劃值為1mm。分劃板的刻線面朝下，就在這個(gè)下平面上，在

9、允許的間隙內(nèi)，裝著第 二塊玻璃分劃板 5,在其朝向目鏡的上平面上刻有互為直角的二根長(zhǎng)絲。分劃板5堅(jiān)實(shí)地與分劃板座6連接，下分劃板座 6可以沿讀數(shù)鼓輪的測(cè)微螺絲 7的軸心移動(dòng)。下分劃板 6的移動(dòng)平滑性由精致的 滑板8、滑板槽9、拉力彈簧10、測(cè)微螺絲7與固定的讀數(shù)指示套 11內(nèi)的開口螺帽12的良好配合來 保證。當(dāng)以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)讀數(shù)鼓輪時(shí)，測(cè)微螺絲7使下分劃板座6帶動(dòng)下分劃板5向前移動(dòng)；當(dāng)以逆時(shí)針方向旋動(dòng)讀數(shù)鼓輪時(shí)，拉力彈簧10則向后拉回下分劃板座 6連同下分劃板5。讀數(shù)鼓輪的測(cè)微螺絲的螺距為1mm，而不動(dòng)的上分劃板 4的分劃值也等于1 mm，所以讀數(shù)鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，下分劃板5上的長(zhǎng)線就相對(duì)上分劃

10、板移動(dòng)一格。這樣根據(jù)不動(dòng)的上分劃板便可以讀出讀數(shù)鼓輪的整轉(zhuǎn)來。讀數(shù)鼓輪分成100個(gè)格，而測(cè)微螺絲的螺距等于 1mm，讀數(shù)鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)一格便為 0.01mm， 全部讀數(shù)等于上分劃板上的讀數(shù)加上讀數(shù)鼓輪上的讀數(shù)。讀數(shù)顯微鏡的使用方法：將儀器置于被測(cè)物體上， 使被測(cè)物件的被測(cè)部分用自然光或用燈光照明， 然后調(diào)節(jié)目鏡螺旋，使視場(chǎng)中同時(shí)看清分劃板和物體象。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，先旋動(dòng)讀數(shù)鼓輪，使刻有長(zhǎng)絲 的玻璃分劃板移動(dòng)，同時(shí)稍微轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)顯微鏡，使豎直長(zhǎng)絲與被測(cè)圓孔壓痕的一邊相切，得到一個(gè)讀 數(shù)，然后再旋動(dòng)讀數(shù)鼓輪，使豎直長(zhǎng)絲與被測(cè)圓孔壓痕的另一邊相切，又得到一個(gè)讀數(shù)，二者之差即為被測(cè)圓孔壓痕的直徑。TH320全洛氏

11、硬度計(jì)：本硬度計(jì)功能設(shè)置方法詳見其操作規(guī)程。將試樣放置在樣品臺(tái)中央，順時(shí)針平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使樣品臺(tái)上升，試樣與壓頭接觸。此時(shí)屏幕上 出現(xiàn)壓頭運(yùn)動(dòng)過程示意圖，最后一格表示加載初試驗(yàn)力終止位置。平緩轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，直到壓頭達(dá)到終止 位置，同時(shí)伴有蜂鳴報(bào)警，此時(shí)應(yīng)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)手輪。如果手輪轉(zhuǎn)動(dòng)有少量過量，不影響測(cè)量結(jié)果即精度，如果轉(zhuǎn)動(dòng)過量較大，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)報(bào)警，并提 示此時(shí)應(yīng)重新開始。初試驗(yàn)力加載完成后，測(cè)試開始自動(dòng)進(jìn)行。依次完成一下過程：主試驗(yàn)力加載，加載完成后開始 設(shè)定保持時(shí)間倒計(jì)時(shí)，保持總試驗(yàn)力，時(shí)間到后立即開始卸載，最后顯示測(cè)試結(jié)果。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，樣品臺(tái)下降，全部試驗(yàn)力卸除，所有試驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)記憶，等

12、待下次測(cè)試。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟1了解硬度計(jì)的構(gòu)造、原理、使用方法、操作規(guī)程和安全注意事項(xiàng)。 2根據(jù)被測(cè)材料的種類、熱處理狀態(tài)等選擇適宜的硬度標(biāo)尺。3按照儀器設(shè)備的操作規(guī)程分別進(jìn)行布氏硬度和洛氏硬度測(cè)定。五、注意事項(xiàng)1. 試樣兩端要平行，表面應(yīng)平整，若有油污或氧化皮，可用砂紙打磨，以免影響測(cè)量。2. 圓柱形試樣應(yīng)放在帶有“ V”型槽的工作臺(tái)上操作，以防試樣滾動(dòng)。3. 加載時(shí)應(yīng)細(xì)心操作，以免損壞壓頭。4. 加預(yù)載荷（ 10kgf ）時(shí)若發(fā)現(xiàn)阻力太大，應(yīng)停止加載，立即報(bào)告，檢查原因。5. 測(cè)定硬度值，卸掉載荷后，必須使壓頭完全離開試樣后再取下試樣。6. 金剛石壓頭系貴重物件，質(zhì)硬而脆，使用時(shí)要小心謹(jǐn)慎，嚴(yán)禁與試樣或其他物件碰撞。7. 應(yīng)根據(jù)硬度試驗(yàn)機(jī)試樣范圍， 按規(guī)定合理使用不同的載荷和壓頭， 超過使用范圍將不能獲得準(zhǔn) 確的硬度值。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 寫出實(shí)驗(yàn)過程；3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格內(nèi)，采用正確的標(biāo)注方法表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果；要求在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上 重新