硬度測量試驗指導書

1、實驗三硬度測量一、實驗目的了解布氏硬度計、洛氏硬度計的基本原理及使用方法.初步建立碳鋼的含碳量與其硬度間的關系和熱處理能改變材料硬度的概念。.根據不同材料的性能特點，正確選擇硬度測定的方法。二、實驗原理硬度是指一種材料抵抗另一較硬白具有一定形狀和尺寸的物體（金剛石壓頭 或鋼球）壓入其表面的抗力。由于硬度試驗簡單易行，又無損于零件，因此在生 產和科研中應用十分廣泛。另外，硬度和抗拉強度之間有近似的正比關系：b=K - HB（Mpa）式中K為系數，對不同材料和其不同的熱處理狀態(tài) Kfi不同。例如碳鋼的K值為3.53 , 調質狀態(tài)的合金鋼為3.33 ,鑄鋁為2.55。常用的硬度計有：洛氏硬度計：主要

2、用于金屬材料熱處理后的產品性能檢驗；布氏硬度計：應用于黑色、有色金屬原材料檢驗，也可測退火、正火后試件 的硬度；維氏硬度計：應用于薄板材料及材料表層的硬度測定，以及較精確的硬度測定；顯微硬度計：主要應用于測定金屬材料的顯微組織及各組成相的硬度。本實驗重點介紹最常用的洛氏硬度試驗法。.洛氏硬度試驗1）原理洛氏硬度試驗，是用特殊的壓頭（金剛石壓頭或鋼球壓頭），在先后施加兩個載荷（預載荷和總載荷）的作用下壓人金屬表面來進行的?？傒d荷P為預載荷P。和主載荷Pl之和，即P = P + Pio洛氏硬度值是施加總載荷P并卸除主載荷P。后，在預載荷R1續(xù)作用下，由 主載荷P。引起的殘余壓人深度e來計算（圖31

3、）。圖3-1洛氏硬度測量原理示意圖圖中，h0表示在預載荷P。作用下壓頭壓入被試材料的深度，hi表示施加總載荷P并卸除主載荷Pi,但仍保留預載荷P。時，壓頭壓入被試材料的深度。深度差e=hi-h。，該值用來表示被測材料硬度的高低。在實際應用中，為了使硬的材料得出的硬度值比軟的材料得出的硬度值高， 以符合一般的習慣，將被測材料的硬度信用公式加以適當變換。即HR=K-(hi h。)/C式中，K為一常數，其值在采用金剛石壓頭時為 0. 2,采用鋼球壓頭時為0. 26, C為另一常數，代表指示器讀數盤每一刻度相當于壓頭壓人被測材料的深度，其 值為 0. 002mmHR；標注洛氏硬度的符號。當采用金剛石壓

4、頭及 147lN(150kgf)的總載荷試 驗時，應標注HRC當采用鋼球壓頭及980. 7N(100kgf)總載荷試驗時，則應標注 HRB HR值為一無名數，測量時可直接由硬度計表盤讀出。表盤上有紅、黑 兩種刻度，紅線刻度的30和黑線刻度的0相重合。為了擴大洛氏硬度的測量范圍，可采用不同壓頭和總載荷配成不同的洛氏硬 度標度，每一種標度用同一個字母在洛氏硬度符號 HRB加以注明，常用的有HRA HRB HR等三種。2)洛氏硬度計的構造及操作洛氏硬度計類型較多，外形構造也各不相同，但構造原理及主要部件均相同洛氏硬度計操作方法如下：(1)按表21選擇壓頭及載荷；(2)根據試樣大小和形狀選用載物臺；(

5、3)試樣上下兩面磨平，然后置于載物臺上；(4)加預載，按順時針方向轉動升降機構的手輪，使試樣與壓頭接觸， 并觀察讀數百分表上小針移動至小紅點為止；(5)調整讀數表盤，使百分表盤上的長針對準硬度值的起點。如：試驗 HRC HR度時，把長針與表盤上黑字c處對準；試驗HR附，使長 針與表盤上紅字敵t對準；(6)加主載，平穩(wěn)地扳動加載手柄，手柄自動升高至停止位置(時間為5 7s)并停留10s；(7)卸主載，扳回加載手柄至原來位置；(8)讀硬度值，表上長針指示的數字為硬度的讀數，HRZC HR殿黑色數 字，HR融紅色數字；(9)下降載物臺，當試樣完全離開壓頭后，才可取下試樣；(10)用同樣的方法在試樣的

6、不同位置測三個數據， 取其算術平均值為 試樣的硬度。各種洛氏硬度值之間，洛氏硬度與布氏硬度間都有一定的換算關系(附錄二)。對于鋼鐵材料大致有下列關系式：HRC=2HRAr 104HB=10HRC (HRC=4060范圍)HB=2HRB.布氏硬度試驗1)原理用載荷對巴直徑為D勺淬火鋼球或硬質合金球壓入試件表面， 并保持一定時間, 而后卸除載荷，測量鋼球在試樣表面上所壓出的壓痕直徑 d,從而計算出壓痕球 面積F,然后再計算出單位面積所受的力(P/F值)用此數字表示試件的硬度值， 即為布氏硬度，用符號HBft示。布氏硬度試驗原理如圖32所示。圖3-2布氏硬度計測量原理示意圖由于金屬材料有硬有軟，工件

7、有厚有薄，有大有小，為適應不同的情況，布氏硬度的鋼球有 小2. 5mm小5mm610mrE種。載荷有153N 613N 1839N 2452N 7355N 9807N 29420N（即 15. 6kgf、62. 5kgf、187. 5kgf、250kgf、750kgf、 1000kgf、3000kg）等七種。當采用不同大小的載荷和不同直徑的鋼球進行布氏硬 度試驗時，只要能滿足P/D2o為常數，則同一種材料測得的布氏硬度值是相同 2的。而不同材料所測得的布氏硬度值也可進行比較。國家標準規(guī)定P/D的比值為30, 10, 2. 5三種。根據金屬材料種類，試樣硬度范圍和厚度的不同，按照表 22中的規(guī)范

8、選擇鋼球直徑D,載荷P及載荷保持時問。在試樣厚度和截面大小允 許的情況下，盡可能選用直徑大的鋼球和大的載荷，這樣更易反映材料性能的真 實性。另外，由于壓痕大，測量的誤差也小。所以，測定鋼的硬度時，盡可能采 用（|）10mmB球和29420N勺載荷。試驗后白壓痕直徑應在 0. 2 SDdO 6D的范圍 內，否則試驗結果無效。這是因為若d值太小，靈敏度和準確性將隨之降低；若d 值太大，壓痕的幾何形狀不能保持相似的關系，影響試驗結果的準確性。由測量的壓痕直徑佳查表即得試樣硬度值（附錄二）。布氏硬度值的表示方法是：壓頭為鋼球時用 HBS壓頭用硬質合金時用HBW/ 若用（|）10mrffl球，在2942

9、0Nt荷下保持10s ,測得布氏硬度值為400時，可表示為 400HBs若用硬質合金球為壓頭，則表示為400HBW在其他試驗條件下，符號H而以相應的指數注明鋼球直徑、載荷大小及載荷 保持的時間。例如，100HBg250/30即表示：用5mme徑鋼球，在2452N（250kgf） 載荷下保持30s時，所測得的布氏硬度為100。2）布氏硬度試驗的優(yōu)缺點因布氏硬度試驗壓痕面積較大，其硬度值較全面反映材料硬度。因此特別適 用于測定灰口鑄鐵、軸承合金和具有粗大晶粒的金屬材料， 試驗數據較穩(wěn)定，重 復性也好。布氏硬度用的壓頭是淬火鋼球。由于鋼球本身存在變形和硬度問題， 所以不 能測試太硬的材料，一般大于450HB勺材料即不能使用。布氏硬度壓痕較大，產 品檢驗時有困難。試驗過程比洛氏硬度復雜，不能在硬度計上直接讀數，還需用 帶刻度的低倍放大鏡測出壓痕直徑，然后通過查表或計算才能得到布氏硬度值。布氏硬度試驗常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結構鋼等的原材料以及結 構鋼調質后的硬度。三.實驗內容.熟悉硬度計的結構原理和操作步驟，根據試樣材料及厚度選