金屬材料性能分析

1、金屬材料性能分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn) 硬度實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉常用的各種硬度計(jì)的選擇與操作。2. 了解常用硬度計(jì)的試驗(yàn)原理與結(jié)構(gòu)。3. 了解各種硬度值之間及硬度值與強(qiáng)度之間的大致關(guān)系。二. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器及試樣1. 儀器設(shè)備HRD-150型電動(dòng)洛氏硬度計(jì)，HB-3000型布氏硬度計(jì)及讀數(shù)顯微鏡，HV-50型維氏硬度計(jì)，MH-3型顯微硬度計(jì)。2. 試樣中碳鋼淬火、淬火不同溫度回火試樣或試件，有色金屬（Cu、Al），灰鑄鐵。三各種硬度計(jì)的試驗(yàn)原理及操作1. 洛氏硬度計(jì)硬度計(jì)主要技術(shù)參數(shù)：初試驗(yàn)力98.07N（10kg）；總試驗(yàn)力分別為58804N(60kg)、980.7N(kg)、1471N(1

2、50kg)；壓頭規(guī)格兩種，分別為金剛石圓錐（錐頂角120）壓頭和鋼球壓頭（直徑1.588mm）；試件最大高度50mm；壓頭中心至機(jī)壁距離135mm。使用范圍：如表1所示表1 各標(biāo)尺適用范圍標(biāo)尺允許測量范圍 HR總試驗(yàn)力N(kgf)壓頭種類B20100980.7(100)鋼球壓頭C20701471(150)金剛石圓錐壓頭A2088588.4(60)金剛石圓錐壓頭（1）實(shí)驗(yàn)原理洛氏硬度試驗(yàn)以測量壓痕深度表示材料的硬度值。洛氏硬度是初載F0和主載F1組合成總載F把120O金剛石壓頭或鋼球壓頭壓入金屬表層，卸去主載F1，在初載F0條件下測得主載F1的壓入深度，計(jì)算硬度值，即 （1）式中，HR為洛氏硬度

3、值符號(hào)，k為轉(zhuǎn)向系數(shù)，h為計(jì)量壓入深度。當(dāng)使用金剛石圓錐壓頭時(shí)，k取0.2mm；當(dāng)使用小淬火鋼球壓頭時(shí)，k取0.26mm。（2）試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作試樣或試件：厚度應(yīng)不小于10倍壓痕深度，被測試表面需平坦光潔，不得帶有油、氧化皮、裂縫、明顯刀痕、凹坑等。但注意在清理過程中不得使之因發(fā)熱而軟化。與工作臺(tái)接觸的試樣表面也要求比較平坦和清潔。工作臺(tái)：根據(jù)試樣的大小與形狀選擇合適的工作臺(tái)，要保證試樣能平穩(wěn)地安放在工作臺(tái)上。 砝碼：共有三個(gè)，分別標(biāo)有符號(hào)：A、B及C。作HRA時(shí)用A砝碼。作HRB時(shí)用A和B二個(gè)砝碼。作HRC時(shí)用A、B和C三個(gè)砝碼。 壓頭：按試件材料之硬度合理地選擇壓頭，先清理干凈。然后用一緊

4、固帽將壓頭可靠地背緊在主軸上。在背緊緊固帽時(shí)，首先應(yīng)選按按鈕使插入主軸的鍵槽中（如不能插入時(shí)可稍梢轉(zhuǎn)動(dòng)主軸），同時(shí)擰緊緊固帽背緊壓頭。當(dāng)松手時(shí)，應(yīng)查看按鈕是否已挑出鍵槽，如沒有跳出，則再稍稍轉(zhuǎn)動(dòng)主釉使其跳出，否則將會(huì)與主軸產(chǎn)生摩擦而影響試驗(yàn)精度。（3）試驗(yàn)程序 打開電源開關(guān)。 將試樣的測試面向上平穩(wěn)放在載物臺(tái)中央，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使試樣上移，當(dāng)試樣測試面與壓頭接觸時(shí)要放慢轉(zhuǎn)動(dòng)速度，同時(shí)觀察表盤上的兩個(gè)指針，當(dāng)兩個(gè)指針在垂直向上同時(shí)指向刻度0時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。如果指針超過0，卸載后換個(gè)位置重復(fù)上述步驟（允許兩指針稍有不重合，但偏移不得超過±5分度格，否則應(yīng)退下另選一點(diǎn)進(jìn)行）。 向下按加載開關(guān)加

5、主載荷。此時(shí)長指針順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，過10秒左右指針將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，指針轉(zhuǎn)動(dòng)停止后，長針指向的數(shù)值即為洛氏硬度值。當(dāng)測HRC、HRA時(shí)應(yīng)讀刻度盤外圈標(biāo)記為“C”的黑字讀數(shù)，當(dāng)測HRB時(shí)應(yīng)讀刻度盤內(nèi)圈標(biāo)記為“B”的紅字讀數(shù)。 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使載物臺(tái)下降，移動(dòng)試樣，選擇新的測試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。 每種試樣的測試點(diǎn)不得少于3個(gè)，取其平均值或其范圍作為試樣的最終測試值。 測試結(jié)束，斷開電源，帶上防塵罩。（4）注意事項(xiàng) 每當(dāng)更換壓頭及工作臺(tái)后的最初兩次試驗(yàn)結(jié)果往往不準(zhǔn)確，不予采用。 各壓痕中心的距離及壓痕中心至試件邊緣距離均不得小于3毫米 在施加初負(fù)荷過程中以及加好后，不得中途退下又繼續(xù)再次上升。 在試驗(yàn)進(jìn)行中切不

6、可變換砝碼。 主負(fù)荷加好后，其間不得移動(dòng)試件或旋轉(zhuǎn)手輪。 硬度計(jì)不工作時(shí)，手柄必須處于卸荷位置。2. 布氏硬度硬度計(jì)主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍為8450HBS和8650HBW；試驗(yàn)力分別為1.839、2.452、7.355、9.807、29.42kN（187.5、250、750、1000、3000kgf）；試樣允許最大高度為230mm；壓頭中心至機(jī)壁距離為120mm。（1）實(shí)驗(yàn)原理布氏硬度試驗(yàn)的原理是用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，施以一定的試驗(yàn)力，將其壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測量試樣表面殘留壓痕平均直徑，求得壓痕球形表面積。布氏硬度值就是試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。其

7、計(jì)算公式為 （2）式中，HB為洛氏硬度值符號(hào)（無單位），D為球壓頭直徑（mm），F(xiàn)為試驗(yàn)力（N），d為壓痕平均直徑（mm2）。（2）準(zhǔn)備工作 安裝砝碼。選擇合適的砝碼，并掛上。 定保荷時(shí)間。選擇合適的保荷時(shí)間，將硬度計(jì)右下側(cè)的壓緊螺釘松開，把園盤內(nèi)的彈簧定位器旋轉(zhuǎn)到所需的時(shí)間位置上，使園盤上的紅標(biāo)與名牌上的時(shí)間標(biāo)志對(duì)應(yīng)。 將試樣放在工作臺(tái)上。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使工作臺(tái)帶動(dòng)試樣上升與壓頭接觸，直至手輪與螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。（3）試驗(yàn)程序 打開左側(cè)的電源開關(guān)（紅燈亮）。 將試樣測試面朝上平穩(wěn)放在載物臺(tái)中央。 順時(shí)針旋動(dòng)手柄使載物臺(tái)上移，當(dāng)試樣測試面與壓頭接觸時(shí)要放慢速度，讓球面壓頭緩慢壓入試樣表面。 按下加

8、載按鈕，試驗(yàn)力自動(dòng)加載、自動(dòng)保持計(jì)時(shí)、自動(dòng)卸載。 逆時(shí)針旋動(dòng)手柄使載物臺(tái)下降，移動(dòng)試樣，選擇新的測試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)（每種試樣測試點(diǎn)不少于三個(gè)，其間隔大于壓痕直徑）。 取下試樣放在光亮處，用讀數(shù)顯微鏡對(duì)獲得的各個(gè)壓痕直徑進(jìn)行測量，取其平均值，查表獲得布氏硬度值（用鋼球壓頭的獲得HBS硬度值，用硬質(zhì)合金球壓頭的，獲得HBW硬度值）。用讀數(shù)顯微鏡測量壓痕直徑時(shí)，應(yīng)沿互相垂直的方向測量兩次，求其平均值，二數(shù)之差不應(yīng)超過平均值的0.5。測試結(jié)束，斷開電源，帶上防塵罩。（4）注意事項(xiàng) 試驗(yàn)溫度：黑色金屬不超過100，有色金屬不超過30±5的范圍。 試樣的厚度應(yīng)不小于壓痕深度的10倍，若得到的試樣壓痕

9、其邊緣及背面發(fā)生了變形，則該試驗(yàn)無效，應(yīng)在適當(dāng)負(fù)荷下用較小直徑的鋼球來進(jìn)行試驗(yàn)。 所得壓痕直徑應(yīng)在0.25D< d < 0.6D的范剛內(nèi)，否則試驗(yàn)結(jié)果無效，應(yīng)考慮換用其它負(fù)荷及壓頭重作試驗(yàn)。 壓痕中心距試樣邊緣的距離不應(yīng)小于3.5個(gè)壓痕直徑。3. 維氏硬度硬度計(jì)主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍5HV1000HV；試驗(yàn)力分別為49.03N(5kgf)、98.07N(10kgf)、 196.1 N(20kgf)、294.2 N(30kgf)、490.3 N(50kgf)；總放大倍率為50X和125X。使用范圍：HV-50維氏硬度計(jì)可用于在49.03 490.3N（5 50kgf）試驗(yàn)力范圍內(nèi)測定

10、黑色金屬（不包括鑄鐵）有色金屬及表面滲碳、滲氮層的維氏硬度。（1）實(shí)驗(yàn)原理維氏硬度的試驗(yàn)原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗(yàn)的壓頭不是球體，而是兩相對(duì)面間夾角為136O的金剛石四棱錐體。壓頭在試驗(yàn)力作用下將試樣表面壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測量壓痕對(duì)角線平均長度，進(jìn)而計(jì)算出壓痕表面積。維氏硬度值為試驗(yàn)力除以壓痕表面積所得的商。 （3）（2）測定方法 試樣準(zhǔn)備。要求試樣表面拋光，明亮，不應(yīng)有氧化物，凹坑，銹跡等缺陷，并能平穩(wěn)而水平地放置工作臺(tái)上。 選擇合適的載物臺(tái)。載物臺(tái)必須能保證平穩(wěn)地放置試樣并須保證被測試表面與壓頭

11、垂直。 載荷選擇。主要根據(jù)試樣的厚度，同時(shí)照顧到試件的硬度，若硬度高而選擇負(fù)荷大易壓碎壓頭，合理的載荷大小與試樣厚度之間的關(guān)系下表2。 對(duì)于形狀不規(guī)則的壓痕，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。表2維氏硬度試驗(yàn)中負(fù)荷的選擇試件厚度/ mm下列硬度范圍合理的負(fù)荷大小 / kgHV2050HV50100HV100300HV3009000.30.55100.51.051010201.02.051010252.04.010202530> 4.0 20 30 504顯微硬度計(jì)主要功能：MH-3型顯微硬度計(jì)，由于其硬度測試范圍大，測試壓痕小，在很小測試范圍內(nèi)可進(jìn)行多點(diǎn)測量，故它可廣泛用于金屬材料和零件的顯微組織或相的硬

12、度測試，尤其是對(duì)金屬零件熱處理后的硬化層深度和一定厚度的涂層能進(jìn)行準(zhǔn)確測試。（1）實(shí)驗(yàn)原理顯微硬度與維氏硬度的試驗(yàn)原理完全相同，只要不同是選用載荷可更小，1kg以下。（2）顯微硬度計(jì)操作規(guī)程 打開電源開關(guān)（在硬度計(jì)后面）在控制面板上全部數(shù)字點(diǎn)亮。 調(diào)整目鏡視度（即旋轉(zhuǎn)目鏡的直紋外殼），操作者能最清晰觀察到目鏡中的測量線。 調(diào)整測量線調(diào)節(jié)輪，使兩根測量線的內(nèi)側(cè)相切時(shí)，此時(shí)按下面板上（ZERO）鍵后，D1，D2，HV值均為0，即測量線對(duì)零完成。 根據(jù)測量樣品的材質(zhì)，選擇合適的載荷，轉(zhuǎn)動(dòng)載荷選擇鈕，字符有101000克，共八檔，可選擇。 將被測樣品放置在載物臺(tái)中央，調(diào)節(jié)物鏡升降輪，直接在目鏡中可清晰

13、觀察到被測樣品的表面。 用操作面板上照明燈亮度鍵中的+、來調(diào)整顯微鏡照明亮度，亮暗共分16級(jí)。 用操作面板保載時(shí)間中的+、來設(shè)置被測樣品的保載時(shí)間（599秒、間隔1秒）。 用載物臺(tái)x、y手輪將樣品移動(dòng)到所需測量位置，最大移動(dòng)距離25×25毫米（x、y方向），最小刻度0.01mm，每圈移動(dòng)距離0.5mm。旋轉(zhuǎn)塔臺(tái)，將壓頭轉(zhuǎn)入打壓痕位置（操作面板上 燈亮），按下操作面板上的打壓痕鍵（START）（此時(shí)燈滅），自動(dòng)打壓痕保載卸載。（注意：壓頭進(jìn)入打壓痕程序，從燈滅到亮，切勿移動(dòng)載物臺(tái)，否則將損壞壓頭及樣品?。?打壓痕結(jié)束（燈亮），轉(zhuǎn)回40x物鏡（40x燈亮），此時(shí)目鏡中可以觀察到壓痕像。壓

14、痕測量步驟如下：轉(zhuǎn)動(dòng)測量線調(diào)節(jié)輪，使兩根測量線的內(nèi)側(cè)面與目鏡中的棱形壓痕對(duì)角線相切；按下操作面板上的讀數(shù)鍵（READ），對(duì)角線D1被讀出；將目鏡旋轉(zhuǎn)90 ，重復(fù)以上兩個(gè)動(dòng)作，讀出對(duì)角線D2同時(shí)顯示HV值，測量次數(shù)顯示增加1次。測量結(jié)束，更換被測樣品，按下清除鍵（CLK），清除以前被測樣品的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 洛氏硬度測定40Cr淬火以及淬火+低、中溫回火硬度。2. 布氏硬度測定40Cr淬火高溫回火（或灰鑄鐵，或Q235）和鋁合金（或銅合金）硬度。3. 維氏硬度計(jì)和顯微硬度計(jì)測定淬火、淬火+中溫回火硬度。作業(yè)：實(shí)驗(yàn)五 硬度實(shí)驗(yàn)報(bào)告一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩崽幚砉に嚰霸O(shè)備1設(shè)備洛氏硬度計(jì)型號(hào)：布氏硬度計(jì)型號(hào)：維氏硬度計(jì)型號(hào)：顯微硬度計(jì)型號(hào)：2材料及熱處理工藝（1）洛氏硬度試樣材料：熱處理工藝：（2）布氏硬度試樣材料：熱處理工藝：（3）顯微硬度試樣材料：熱處理工藝：（4）維氏硬度試樣材料：熱處理工藝：三實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 洛氏硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果材料： 淬火溫度： 冷卻介質(zhì)：表1 淬火及淬火+不同溫度回火硬度測試結(jié)果回火溫度 / 淬火態(tài)200300400500600700HRC（參考值）2其它硬度