實驗五金屬硬度實驗

實驗五金屬硬度實驗第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二實驗?zāi)康?/p>

Experimentpurpose1掌握金屬布氏、洛氏、維氏和顯微硬度的實驗原理和測定方法；2了解各種硬度實驗方法的特點、應(yīng)用范圍及選用原則；3學(xué)會正確使用各種硬度計及它們之間的換算關(guān)系。第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二二概述sayall硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，是金屬材料表面在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度的測量可分為壓入法、刻劃法、回跳法和擺動法。在機械工業(yè)中廣泛采用壓入法來測量硬度，本實驗就是采用壓入法，與其它機械性能相比，硬度實驗簡單易行，又無損于零件，因此在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二表5—1金屬硬度實驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)及使用范圍標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱使用范圍GB231-84金屬布氏硬度試驗方法用于黑色、有色金屬的原材料檢驗，也可用于退火、正火鋼鐵試件的硬度測試GB230-83金屬洛氏硬度試驗方法主要用于熱處理后金屬材料的性能檢測GB4340-84金屬維氏硬度試驗方法用于薄板材或金屬表層的硬度測定，以及較精確的硬度測定GB4342-84金屬顯微維氏硬度試驗方法主要用于測定金屬的組織組成物或組成相的硬度第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二由于各種硬度實驗方法和所根據(jù)的原理各有不同，各組成物理量在不同的方法中的作用也不一樣，所以不同方法所得的硬度間沒有簡單準(zhǔn)確的互換關(guān)系。而現(xiàn)存的換算表是根據(jù)同類材料在相同狀態(tài)下和一定硬度范圍內(nèi)進(jìn)行比較實驗的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析比較，而歸納出來的經(jīng)驗關(guān)系，有其一定的實用價值。第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（一）金屬布氏硬度試驗方法

Themetalsclothsurnamedegreeofhardnessexperimentsthemethod

1、基本原理basicprinciple

布氏硬度試驗的原理是用一定直徑D（mm）的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的實驗力P（Kgf或N）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時間t秒后卸出試驗力，試樣表面將殘留壓痕。測量壓痕平均直徑d（mm）求得壓痕球形表面積F凹（mm2）第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二HB=P/F凹根據(jù)壓痕面積和球面之比等于壓痕深度h和鋼球直徑之比的幾何關(guān)系，可知壓痕部分的球面積為：F凹=πDh式中：D—鋼球直徑（mm）h—壓痕深度（mm）第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二由于測量壓痕直徑d要比測定壓痕深度容易顧客將（2）式中h改換成d來表示（3）將式（2）和（3）代入（1）即得：

第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二式中只有d是變數(shù)，故只需測出壓痕直徑d，根據(jù)已知D和P值就可計算出HB值。在實際測量時，可由測出壓痕直徑d直接查表得HB值。由于金屬材料有軟有硬，所測工件有厚有薄，所以在測定不同材料的布氏硬度值時就要求有不同載荷P和鋼球直徑D。為了得到統(tǒng)一的、可以相互進(jìn)行比較得數(shù)值，必須使P和D之間維持某一比值關(guān)系，以保證所得的壓痕形狀的幾何相似關(guān)系，其必要條件就是使壓入角φ保持不變。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二兩個不同直徑的壓頭D1和D2，在不同的載荷P1和P2的作用下壓入金屬表面的情況。要想兩者的硬度值一樣，必須保證兩者壓痕的幾何形狀相似，也就是保證壓入角Ф相等。將代入此式說明，假如壓入角Ф不變時，為了使同一材料兩者所得HB也不變，則要求P/D也應(yīng)保持為常數(shù)。

第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二2、布氏硬度測定的技術(shù)要求

Thetechniquerequestoftheclothsurnamedegreeofhardnessmeasurement

（1）試樣表面要與試驗臺平行，并有一定的光潔度，以使壓痕邊緣清晰，保證精確測量壓痕直徑d。（2）壓痕應(yīng)距試樣邊緣＞D（鋼球直徑），兩壓痕之間的距離＞2D。第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（3）測定壓痕直徑時，應(yīng)在相互垂直的方向上測量直徑，取其平均值為d。（4）為表明試驗條件，可在HB值后標(biāo)注D/P/T，如HB10/3000/10，即表示此硬度值是在D=10mm，P=3000Kgf，T=10秒的條件下得到的。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（二）金屬洛氏硬度試驗方法

ThemetalsHRsurnamedegreeofhardnessexperimentsthemethod

洛氏硬度與布氏硬度試驗一樣，也是一種壓痕實驗法，但洛氏硬度不是測量壓痕的面積，而是測量壓痕的深度，以深度的大小表示材料的硬度值。洛氏硬度試驗是在先后兩次施加負(fù)載（初負(fù)荷PO及主負(fù)荷P1）的條件下，將標(biāo)準(zhǔn)壓頭壓入試樣表面來進(jìn)行的。標(biāo)準(zhǔn)壓頭有兩種，一種是頂角為1200的金剛石圓錐，另一種是（1/16）（1.588）的淬火鋼球。根據(jù)材料軟硬程度不一，可選用不同的壓頭和載荷配合使用。第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二采用不同的壓頭和總負(fù)荷組成不同的洛氏硬度標(biāo)度，其中最常用的HRA,HRB,HRC,其試驗規(guī)范及應(yīng)用范圍見表5—1。符號壓頭總負(fù)荷（KG）讀盤測量范圍(HR)應(yīng)用實例HBAHRBHRC1200金剛石壓頭1/16鋼球1200金剛石壓頭60100150黑紅黑70—8525—100（HB60-230）20—67(HB230-700)表面淬火層，硬質(zhì)合金，滲碳層有色金屬，退火正火鋼淬火，調(diào)質(zhì)鋼第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二（三）維氏硬度試驗Theweisurnamedegreeofhardnessexperiment維氏硬度適用范圍大，測量精度高，破壞作用小，所以是較理想的硬度測定方法。它適用于各種金屬，各種狀態(tài)硬度的測定。維氏硬度的測定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來計量硬度值的。第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二不同的是維氏硬度用的壓頭是兩相對面間的夾角為1360的金剛石正四棱錐體。在載荷P的作用下，在試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕（凹坑）。測量壓痕對角線的長度d，以計算壓痕的表面積。以載荷P除以表面積的數(shù)值表示維氏硬度HV.第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二載荷P可以從1Kg~100Kg范圍內(nèi)根據(jù)試樣大小，厚薄進(jìn)行選擇。壓痕對角線長度是用附在目鏡上的測微計進(jìn)行測量的。應(yīng)測量兩條對角線，并求其算術(shù)平均值作為壓痕對角線長度d，然后用公式計算或根據(jù)d值和負(fù)荷查表獲得Hv。由于維氏硬度采用的是正四棱錐壓頭，所以無論在多大允許負(fù)荷下所得壓痕的幾何形狀都是相似的，而且當(dāng)材料硬度一定時，P與d2成比例的變化。結(jié)果使材料的硬度與負(fù)荷大小無關(guān)。第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二維氏硬度的操作：（1）根據(jù)試樣的厚度和硬度范圍在1~100Kgf之間選擇負(fù)荷，在允許范圍內(nèi)盡可能選擇較大的載荷，以提高測量的準(zhǔn)確性，并減小表面組織不均勻帶來的影響。（2）試樣試驗面平滑光潔。目鏡聚焦后，平穩(wěn)加載，壓痕中心至試樣邊緣不小于2.5倍對角線長度。（3）卸載后，聚焦，用目鏡測微尺測量每個壓痕的兩條對角線長d1、d2取平均值d。查表或帶入公式計算出維氏硬度值，每個試樣至少測三個點以上。第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二3、顯微硬度試驗顯微硬度試驗原理與維氏硬度完全相同。所不同的只是所加負(fù)荷小一些。一般小于200g力，壓痕對角線長度以微米計量。顯微硬度主要用來測定各種組成相的硬度，以及進(jìn)行微區(qū)性質(zhì)分析。纖維硬度壓頭也是正四棱角錐，兩對面夾角1360，計算公式為

Hm=1854.4P/d2(Kgf/mm2)式中P為負(fù)荷，單位克；d是壓痕對角線長度，單位微米。測量出d值后，可查表或計算求得顯微硬度值。顯微硬度由于壓痕較小，當(dāng)負(fù)荷較小時壓痕因彈性恢復(fù)收縮的比例大壓痕的大，測得的硬度值偏高。所以盡量采用大載荷，以減少誤差。第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二顯微硬度試驗的操作：試樣應(yīng)按試樣磨片一樣精心制備，將試樣平穩(wěn)地放在工作臺上，再光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)焦。使圖象清晰。在視場中找到需測硬度的部位。工作臺逆時針轉(zhuǎn)1800。使試樣從顯微視場中移到壓頭下加載（載荷可在1g~200g中選用）。轉(zhuǎn)動加載手柄，加栽。第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二保持10~15秒后，卸載。（有色金屬保持30秒）。將試樣移回顯微鏡中。在顯微鏡中測量壓痕對角線長度。首先使目鏡中交叉十字線與壓痕的棱邊重合（如圖5—3），然后轉(zhuǎn)動目鏡鼓輪，使十字線對準(zhǔn)壓痕的另一個棱邊（如圖5—3），兩次讀數(shù)之差，即為壓痕對角線長度的格數(shù)。第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二顯微硬度計有兩個物鏡（F6.16和F23.2），一個目鏡（15X）。放大倍數(shù)為485X和130X。用壓痕對角線的格數(shù)乘以放大倍數(shù)的系數(shù)，求出實際壓痕對角線長度d后，查表或帶入公式計算求Hm。第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二三實驗步驟experimentsteps1分別在洛氏硬度計，維氏硬度計上測定鋁、黃銅、20鋼、T8鋼的HRC、HRB、Hv值。2在步氏硬度計上測定45鋼正火、退火試樣。3在顯微硬度計上，測定45鋼因淬火不足產(chǎn)生的鐵素體、馬氏體的顯微硬度值（示范表演）。第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二四實驗報告experimentsreport1實驗?zāi)康?附上所測的各種材料的洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度的實驗結(jié)果。3查表找出各種硬度值之間的換算關(guān)系。第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期二五思考題thinkthesubjectofexamination1通過硬度試驗比較洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度、顯微硬度的優(yōu)缺點和應(yīng)用范圍，并說明影響試驗結(jié)果精確度的因素。