實(shí)驗(yàn)一 材料的硬度測(cè)試實(shí)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?1.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。二、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)

2、在聯(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)得的壓痕直徑d的數(shù)

3、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。圖1-1 布氏硬度的測(cè)試原理圖在試驗(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=30D21030001042575022.5187.51406F =10

4、D21010001063525032.562.5有色金屬13063F =30D21030003042575022.5187.5361306F =10D21010003063525032.562.58356F =2.5D2102506063562.532.515.6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1.588mm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

5、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 = K -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

6、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1.588mm的淬火鋼球100（1000N）25100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)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

7、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1-3 HB-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。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)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)

8、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d值，根據(jù)d值的大小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。圖1-4 JC-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

9、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

10、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

11、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

12、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)告紙上重新畫數(shù)據(jù)記錄表，