實(shí)驗(yàn)1金屬材料硬度測(cè)定

金屬材料及熱處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書〔2022-2022秋季學(xué)期〕指導(dǎo)教師：1金屬材料硬度測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆秶?。二、?shí)驗(yàn)原理概述金屬的硬度可以認(rèn)為是金屬材料外表在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變形的一種才能。硬度測(cè)量可以給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概常用的硬度試驗(yàn)方法有：火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材。洛氏硬度試驗(yàn)——主要用于測(cè)量成品零件。維氏硬度試驗(yàn)——主要用于測(cè)定較薄材料和硬材料。顯微硬度試驗(yàn)——主要用于測(cè)定顯微組織組分或相組分的硬度。布氏硬度布氏硬度實(shí)驗(yàn)是施加一定大小的載荷D的鋼球壓入第0頁共10頁 材料工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心1-1所示〕保持一定時(shí)間，然后卸除載荷，根據(jù)鋼球在金屬外表上所壓出的凹痕面積A 求出平均應(yīng)力值，以此作為凹硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號(hào)HB表示。其計(jì)算公式如下：HB=F/A 1-1〕凹式中HB——布氏硬度；F——施加外力，N；A 。凹圖1-1 布氏硬度的試驗(yàn)原理根據(jù)壓痕面積和球面面積之比等于壓痕深度h和鋼球直徑之比的幾何關(guān)系，可知壓痕局部的球面面積為：A =πDh 〔1-2〕凹式中 D——鋼球直徑，mm;h——壓痕深度dh1-2中的h改換成d來表示，這樣可以根據(jù)集合關(guān)系求出(D/2)-h=[(D/2)2-(d/2)]1/2h=[D-(D2-d2)1/2]/2 〔1-3〕第1頁共10頁 材料工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心將式(1-2)和式(1-3)代入式(1-1)既得F 2FHB= =

(1-4)A凹πD(D D2當(dāng)試驗(yàn)力P的單位是N時(shí)πD(D πD(D D2A凹

0.204F

(1-5)d,故只需測(cè)出壓痕直徑d,DF值就可以計(jì)算出HB值。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，可由壓痕直徑d直徑查表得到HB值。F/D2=HB來說，得到的HB值也可以經(jīng)行比較。表1-1布氏硬度試驗(yàn)范圍材料硬度范圍HB試樣厚度/mmF/D2鋼球直徑/mm載荷F/D載荷保持時(shí)間/s黑色金屬140~1506~3301029400104~257350<22.51837.5<140>610109800106~352450<32.5612.5銅合金及36~130>61010980030鎂合金6~352450<32.5612.5鋁合金及8~35>62.510245060軸承合金6~35612.5<32.5152.88洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)常用的壓頭為圓錐角為120°，頂部曲率半徑為0.2mmD=1.588F,h0 0痕深度的基線。隨后再加上主試驗(yàn)力F 后，此時(shí)壓痕深度的增量為1第2頁共10頁 材料工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心h。金屬在主試驗(yàn)力F作用下產(chǎn)生的總變形h中包括了彈性變形和1 1 1塑性變形。將F 卸除，后總變形中的彈性變形恢復(fù)，使壓頭上升一1Fh〔將此壓痕深0he0.002mme值越大表示金屬洛k減去e號(hào)HR表示，即HR=k-e (1-6),k100;頭時(shí),常數(shù)k130.實(shí)際測(cè)定洛氏硬度時(shí),由于在硬度計(jì)的壓頭上方裝有百分表,可直接測(cè)出壓痕深度,并按(1-6)換算出相應(yīng)的硬度值。因此，在試驗(yàn)過程中金屬的洛氏硬度可以直接讀出。尺有A,B,C三種，其硬度值的符號(hào)分別用HRA、HRBHRC1-2。第3頁共10頁 材料工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心材料工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心第材料工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心第8頁共10頁壓頭類型驗(yàn)力主試驗(yàn)力壓頭類型驗(yàn)力主試驗(yàn)力/kgf(N)硬值度應(yīng)用實(shí)例HRAHRC120°金剛石圓錐體硬度大于100HRB的HRBΦ1.588mm淬火鋼球銅合金、鋁合金、退HRD120°金剛石HREΦ3.175mm鋼球灰鑄鐵、鋁合金、鎂合金、軸承合金HRFΦ1.588mm鋼球退火銅合金、軟質(zhì)薄合金板HRGΦ1.588mm鋼球可鍛鑄鐵、銅鎳合金、銅鎳鋅合金HRHΦ3.175mm鋼球鋁、鉛、鋅HRKΦ3.175mm鋼球軸承合金，較軟金屬，薄材50(490)65-85140(1372)20-6790(882)25-10090(882)40-4710(98)90(882)70-10050(490)60-100140(1372)30-9450(490)80-100140(1372)40-100維氏硬度球體而是兩對(duì)面夾角α=136°的金剛石四棱椎體。壓頭在試驗(yàn)力F〔單位是kgfN〕作用下，將試樣外表壓一個(gè)四棱椎形壓痕，經(jīng)規(guī)均長度dd=d1 d22

(1-7)d1d2,用以計(jì)算壓痕的外表積.HVF除以壓痕外表積A得的商。當(dāng)試驗(yàn)力F1kgf〔9.8N〕時(shí)計(jì)算公式為HV=

F FA=1.8544d2

(1-8)當(dāng)試驗(yàn)力F的單位為N時(shí)計(jì)算公式如下:A顯微硬度A

HV=0.102F

F=1.891d2

(1-9)符號(hào)、硬度值的計(jì)算公式和表示方法與宏觀維氏硬度試驗(yàn)法完全一樣。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料硬度計(jì)；0.01mm。標(biāo)準(zhǔn)硬度塊：不同硬度試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。45T8T12試樣，尺寸為。四、試驗(yàn)步驟與方法卷須知。實(shí)驗(yàn)和試樣條件選擇壓頭、載荷。用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊校驗(yàn)硬度計(jì)。試樣支撐面、工作臺(tái)和壓頭外表應(yīng)清潔。保持載荷規(guī)定的時(shí)間〔對(duì)布氏、維氏硬度，卸去載荷后用讀書顯微鏡測(cè)量壓痕尺寸，計(jì)算或查表〕，卸去載荷準(zhǔn)確地記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、本卷須知砂紙打磨，以免影響測(cè)量。圓柱形試樣應(yīng)放在帶有V動(dòng)。加載時(shí)應(yīng)細(xì)心操作，以免壓壞壓頭。試樣。與試樣或其他物件碰撞。壓頭。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求簡述布氏硬度和洛氏硬度的試驗(yàn)原理，優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用。必要的硬度值換算。分析用布氏硬度試驗(yàn)方法能否直接測(cè)量成品或者較薄的工件。實(shí)驗(yàn)1附表表一壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表壓痕直徑30D210D230D210D22.5D230D210D22.5D22.50601200－2.55578193－4.2520167.116.82.60555158－4.3019765.516.42.65534178－4.3519263.916.02.70514171－4.4018762.415.62.75495165－4.4518360.915.22.80477159－4.5017959.914.92.85461154－4.5517458.114.52.90444148－4.6017056.814.22.95429143－4.6516755.513.93.0041513834.64.7016354.313.63.0541013333.44.7515953.013.33.1038812932.34.8015651.913.03.1537512531.34.8515250.712.73.2036312130.34.9014949.612.43.2535211829.34.9514648.512.23.3034111428.45.0014347.511.93.3533111027.55.0514046.511.63.4032110726.75.1013745.511.43.4531110425.95.1513444.611.23.5030210125.25.2013143.710.93.552939824.55.2512842.810.73.602859523.75.3012641.910.53.6527792.323.15.3512341.010.33.7026989.722.45.4012140.210.13.7526287.221.85.4511839.49.863.8025584.921.25.5011638.69.663.8524882.620.75.5511437.99.463.9024180.420.15.6011137.19.273.9523578.319.65.6510936.49.104.0022976.319.15.7010735.68.904.0522374.318.65.7510535.08.764.1021772.418.15.8010334.38.594.1521270.617.65.8510133.78.434.2020768.817.25.909933.18.26

在以下載荷P(kgf)下布氏硬度HB

壓痕直徑d10,mm

在以下載荷P(kgf)下布氏硬度HB注：1.本表摘自國家標(biāo)準(zhǔn)金屬布氏硬度試驗(yàn)法(GB231-63)中規(guī)定的數(shù)據(jù)。2.表中壓痕直徑為D＝10mmD＝5mm或D＝2.5mm鋼球試驗(yàn)時(shí)，24倍。例如用D＝5mm750kgf載荷下所得的壓痕直徑為1.65m1.652=3.30m341kgf=9.80665。布氏硬布氏硬洛氏硬度度維氏硬度HV布氏硬洛氏硬度度維氏硬度HV布氏硬度HB10/3000HB10/3HB10/HRA洛氏維氏硬度 硬度HRB HV－－－－－－－－－－－－－－50146647446144943642441340139138037036035083.983.382.882.281.781.280.680.179.579.078.577.977.476.976.375.875.374.774.273.773.272.672.1271.671.170.570.069.5〕HRC000HRAHRC300065856341〔69.0〕3734714082.515464825332〔68.5〕3633813882.015263795323〔68.0〕3532013681.014962766314〔67.5〕3432013480.514861739306〔67.0〕3331213279.514560713298〔66.4〕3230413079.014359688291〔65.9〕3129612878.014058664283〔65.4〕3028912677.01385764227564.9〕2928112476.013556620269〔64.4〕2827412275.013255599263〔63.8〕2726812074.013054579257〔63.3〕2626111873.012853561251〔62.8〕2525511772.512652543245〔62.3〕2424011672.012551525240〔61.7〕2324311571.512450509234〔61.2〕2223711470.512249493229〔60.7〕2123111370.012148478225〔60.2〕2022611269.011947463220〔59.7〕〔19〕22111168.511846449216〔59.1〕〔18〕21611067.511645436211〔58.6〕〔17〕21110967.011544423208〔58.1〕〔16〕－1086