實驗一 材料的硬度測試實驗

1、實驗一 材料的硬度測試實驗一、實驗?zāi)康?1.了解硬度測定的基本原理及應(yīng)用范圍。 2.了解布氏、洛氏、維氏硬度試驗機的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。 3.通過數(shù)據(jù)處理和硬度標尺之間的換算，比較各材料之間的硬度大小，同時了解材料的種類、熱處理狀態(tài)對其硬度的影響。二、實驗概述 硬度測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，硬度與其它機械性能（如強度指標及塑性指標）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于機械零件或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。常用的硬度試驗方法有：布氏硬度試驗：主要用于黑色、有色金屬原材料檢驗，也可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測定。洛氏硬度試驗：主要用于金屬材料熱處理后的產(chǎn)品硬度檢驗。維氏硬度試驗：主要用于薄板或金屬表層的硬度測定以及較精確的硬度測定。顯微硬度試驗：主要用于測定金屬材料的顯微組織組分或相組分的硬度測定。1.布氏硬度布氏硬度試驗是將一直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗力F作用下壓入被測金屬表面，保持一定時間t后卸除試驗力，并測量出試樣表面的壓痕直徑d，根據(jù)所選擇的試驗力F、球體直徑D及所測得的壓痕直徑d的數(shù)

3、值，求出被測金屬的布氏硬度值HBS或HBW，布氏硬度的測試原理如圖1-1所示。圖1-1 布氏硬度的測試原理圖在試驗測量時，可由測出的壓痕直徑d直接查壓痕直徑與布氏硬度對照表而得到所測的布氏硬度值。在進行布氏硬度試驗時，球體直徑D、施加的試驗力F和試驗力的保持時間t都應(yīng)根據(jù)被測金屬的種類、硬度范圍和試樣的厚度范圍進行選擇。布氏硬度試驗規(guī)范如表1-1所示。表1-1 布氏硬度試驗規(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布氏硬度試驗測出的硬度值比較準確，但它不宜測定成品件或薄片金屬的硬度。同時，也不能測定硬度高于 450HBS或 650HBW的金屬材料，否則壓頭（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）會產(chǎn)生塑性變形或破裂，而降低測量的精度。2.洛氏硬度洛氏硬度試驗是以錐角為120的金剛石圓錐體或者直徑為1.588mm的淬火鋼球為壓頭，在規(guī)定的初載荷和主載荷作用下壓入

5、被測金屬的表面，然后卸除主載荷，在保留初載荷的情況下，測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。洛氏硬度的測試原理如圖1-2所示。圖1-2 洛氏硬度實驗原理示意圖洛氏硬度值的計算公式為：HR = K -式中h的單位為mm。K為常數(shù)，當采用金剛石圓錐壓頭時，K=100；當采用淬火鋼球壓頭時，K=130。為了能用同一硬度計測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尺，其中最常用的有HRA、HRB、HRC三種。常用洛氏硬度的試驗規(guī)范如表1-2所示。 表1-2 三種常用洛氏硬度的試驗規(guī)范符號壓頭類型載荷/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適用于測量調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等三、實驗儀器設(shè)備及材料 1.布氏硬度試驗機（壓痕測量采用JC-10型讀數(shù)顯微鏡或布氏硬度測量分析軟件）2.數(shù)顯洛氏硬度計3.維氏硬度計（該種設(shè)備由實驗老師操作演示）4.材料： 45鋼或者T12鋼； 鋁板或者銅板。布氏硬度計：HB-3000型布氏硬度計的結(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7工作

7、臺立柱； 8螺桿； 9升降手輪；10螺母；11套筒；12電機；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機體；23電源開關(guān)圖1-3 HB-3000型布氏硬度計簡圖試驗時將試樣放在工作臺6上，按順時針方向轉(zhuǎn)動手輪9，使工作臺上升至試樣與壓頭5相接觸，并在手輪打滑后，開動電動機12，經(jīng)二級蝸輪蝸桿減速器13減速后，驅(qū)動軸柄15沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，此時壓頭即可以由砝碼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。停留一定時間后，電動機自動反轉(zhuǎn)，曲柄連桿帶動搖桿上升而卸除載荷。在關(guān)閉電動機后，反時針方向轉(zhuǎn)動

8、手輪，使工作臺下降并取下試樣。最后用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕直徑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)顯微鏡由測微目鏡組、物鏡筒1、長鏡筒2、鏡筒底座3所組成。長鏡筒靠鏡筒鎖緊螺絲20與鏡筒套合座19連接。在測微目鏡組中，在目鏡的焦面上固定不動地裝著刻有從0到6mm標尺的分劃板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絲。分劃板5堅實地與分劃板座6連接，下分劃板座6可以沿讀數(shù)鼓輪的測微螺絲7的軸

9、心移動。下分劃板6的移動平滑性由精致的滑板8、滑板槽9、拉力彈簧10、測微螺絲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。當以順時針方向旋轉(zhuǎn)讀數(shù)鼓輪時，測微螺絲7使下分劃板座6帶動下分劃板5向前移動；當以逆時針方向旋動讀數(shù)鼓輪時，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)鼓輪的測微螺絲的螺距為1mm，而不動的上分劃板4的分劃值也等于1 mm，所以讀數(shù)鼓輪轉(zhuǎn)動一周，下分劃板5上的長線就相對上分劃板移動一格。這樣根據(jù)不動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個格，而測微螺絲的螺距等于1mm，讀數(shù)鼓輪轉(zhuǎn)動一格便為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：將儀器置于被測物體上，使被測物件的被測部分用自然光或用燈光照明，然后調(diào)節(jié)目鏡螺旋，使視場中同時看清分劃板和物體象。進行測量時，先旋動讀數(shù)鼓輪，使刻有長絲的玻璃分劃板移動，同時稍微轉(zhuǎn)動讀數(shù)顯微鏡，使豎直長絲與被測圓孔壓痕的一邊相切，得到一個讀數(shù)，然后再旋動讀數(shù)鼓輪，使豎直長絲與被測圓孔壓痕的另一邊相切，又得到一個讀數(shù)，二者之差即為被測圓孔壓痕的直徑。TH320全洛氏硬度計： 本硬度計功能設(shè)置方法詳見其操作規(guī)程。將試樣放置在樣品臺中央，順時針平穩(wěn)轉(zhuǎn)動手輪，使樣品臺上升，試樣與壓頭接觸。此時屏幕上出現(xiàn)壓頭運動過程示意圖，最后一格表示加載初試驗力終止位置。平緩

11、轉(zhuǎn)動手輪，直到壓頭達到終止位置，同時伴有蜂鳴報警，此時應(yīng)立即停止轉(zhuǎn)動手輪。 如果手輪轉(zhuǎn)動有少量過量，不影響測量結(jié)果即精度，如果轉(zhuǎn)動過量較大，試驗機自動報警，并提示此時應(yīng)重新開始。初試驗力加載完成后，測試開始自動進行。依次完成一下過程：主試驗力加載，加載完成后開始設(shè)定保持時間倒計時，保持總試驗力，時間到后立即開始卸載，最后顯示測試結(jié)果。逆時針轉(zhuǎn)動手輪，樣品臺下降，全部試驗力卸除，所有試驗參數(shù)自動記憶，等待下次測試。四、實驗內(nèi)容及操作步驟1了解硬度計的構(gòu)造、原理、使用方法、操作規(guī)程和安全注意事項。2根據(jù)被測材料的種類、熱處理狀態(tài)等選擇適宜的硬度標尺。3按照儀器設(shè)備的操作規(guī)程分別進行布氏硬度和洛氏硬

12、度測定。五、注意事項 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，以免影響測量。2.圓柱形試樣應(yīng)放在帶有“V”型槽的工作臺上操作，以防試樣滾動。 3.加載時應(yīng)細心操作，以免損壞壓頭。 4.加預(yù)載荷（10kgf）時若發(fā)現(xiàn)阻力太大，應(yīng)停止加載，立即報告，檢查原因。 5.測定硬度值，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，使用時要小心謹慎，嚴禁與試樣或其他物件碰撞。 7.應(yīng)根據(jù)硬度試驗機試樣范圍，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確的硬度值。 六、實驗報告要求1.寫出實驗?zāi)康模?.寫出實驗過程；3.實驗結(jié)果記錄，將實驗數(shù)據(jù)填入表格內(nèi)，采用正確的標注方法表示實驗結(jié)果；要求在實驗報告紙上重新畫數(shù)據(jù)記錄表，