實(shí)驗(yàn)一材料的硬度測試實(shí)驗(yàn)剖析

實(shí)驗(yàn)一材料的硬度測試實(shí)驗(yàn)一、驗(yàn)?zāi)苛私庥捕葴y定的基本原理應(yīng)用范圍。了解布氏、洛氏、維氏硬試驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方。通過數(shù)據(jù)處理和硬度標(biāo)尺間的換算，比較各材料之間硬度大小，同時了解材料的種類、熱處理狀態(tài)對其度的影響。二、驗(yàn)概硬度測量能夠給出金屬材軟硬程度的數(shù)量概念。由于金屬表面以下不同深處材料所承受的應(yīng)力和所發(fā)生的形程度不同。因而硬度值可綜合地反應(yīng)壓痕附近局部體內(nèi)金屬的彈性、微量塑變抗、塑變強(qiáng)化能力以及大量變抗力。硬度值越高，表明金抵抗塑性變形能力越大，材產(chǎn)生塑性變形就越困難。另，硬度與其它機(jī)械性能（如度指標(biāo)及塑性指標(biāo)）之間有定的內(nèi)在聯(lián)系，所以從某種思上說硬度的大小對于機(jī)械件或工具的使用性能及壽命有決定性意義。常用的硬度試驗(yàn)方法有：布氏硬度試驗(yàn)：主要用于色、有色金屬原材料檢驗(yàn)，可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測定。洛氏硬度試驗(yàn)：主要用于屬材料熱處理后的產(chǎn)品硬度驗(yàn)。維氏硬度試驗(yàn)：主要用于板或金屬表層的硬度測定以較精確的硬度測定。顯微硬度試驗(yàn)：主要用于定金屬材料的顯微組織組分相組分的硬度測定。1.布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)是將一直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，規(guī)定的試驗(yàn)力F用下壓入被測金屬表面，保持一時間t后卸除試驗(yàn)力，并量出試樣表面的壓痕直徑d，根所選擇的試驗(yàn)力、球體直徑D及所測得的壓痕徑d的數(shù)值，求出被測金的布氏硬度值HBS或HBW，布硬度的測試原理如圖1-1所示。圖1-1布氏硬度的試原理圖在試驗(yàn)測量時，可由測出壓痕直徑d直接查壓痕直徑布氏硬度對照表而得到所測-1-22的布氏硬度值。在進(jìn)行布硬度試驗(yàn)時，球體直徑D施加的試驗(yàn)力F和試驗(yàn)力保持時間都根據(jù)被測金屬的種類、硬范圍和試樣的厚度范圍進(jìn)行擇。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140～4506～3F=30D210300010黑色金屬140～4504～2F=30D2575010黑色金屬140～450＜2F=30D22.5187.510黑色金屬＜140﹥6F=10D210100010黑色金屬＜1406～3F=10D2525010黑色金屬＜1403＜F=10D22.562.510有色金屬﹥1306～3F=30D210300030有色金屬﹥1304～2F=30D2575030有色金屬﹥130＜2F=30D22.5187.530有色金屬36～130﹥6F=10D10100030有色金屬36～1306～3F=10D525030有色金屬36～1303F=10D2.562.530有色金屬8～35﹥6F=2.5D21025060有色金屬8～356～3F=2.5D2562.560有色金屬8～353F=2.5D22.515.660布氏硬度試驗(yàn)測出的硬度比較準(zhǔn)確，但它不宜測定成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，則壓頭（淬火鋼球或硬質(zhì)合球）會產(chǎn)生塑性變形或破，而降低測量的精度。2.洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)是以錐角為120的金剛石圓錐體者直徑為1.588mm的火鋼球?yàn)閴侯^，在規(guī)定的初載荷和主荷作用下壓入被測金屬的表，然后卸除主載荷，在保留載荷的情況下，測出由主載所引起的殘余壓入深度h值再由h值確定洛氏硬度值HR大小。洛氏硬度的測試原如圖1-2所示。圖1-2洛氏硬度實(shí)驗(yàn)理示意圖-2-洛氏硬度值的計算公式為HR=K-

h0.002式中的位為mm。K為常數(shù)，當(dāng)采用金石圓錐壓頭時，K=100當(dāng)采用淬火鋼球壓時，K=130。了能用同一硬度測定從極軟到極材料的硬度，可以通過采不同的壓頭和載荷，組成15種不同的洛氏硬度標(biāo)尺，中最常用的有HRAHRB、HRC三種。常用洛氏硬度的試驗(yàn)規(guī)范表1-2所示。表1-2

三種常用洛氏度的試驗(yàn)范符號壓頭類型載荷/kgf硬度值有效范圍使用范圍HRA120°金剛石圓錐體60（600N）70～85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的火鋼球100（1000N）25～100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）20～67適用于測量調(diào)質(zhì)鋼、火鋼等三、驗(yàn)儀設(shè)備材料1.布氏硬度試驗(yàn)機(jī)（壓痕量采用JC-10型讀顯微鏡或布氏硬測量分析軟件）2.數(shù)顯洛氏硬度計維氏硬度計（該種設(shè)備由驗(yàn)老師操作演示）材料：①45鋼或者T12鋼；②鋁板或者銅板布氏度計HB-3000型布氏硬度計的結(jié)構(gòu)圖1-3所示。1—小杠桿；2—彈簧；3壓軸；4—主軸襯套；5—頭；6—工作臺7—工作立柱；8—螺桿；9—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；19—大杠桿；20—-3-吊環(huán)；21—加荷指示燈；22—體；23—電源開關(guān)圖1-3HB-3000型布硬度計簡圖試驗(yàn)時將試樣放在工作臺上，按順時針方轉(zhuǎn)動手輪9，使工作臺上升試樣與壓頭5相接觸，并在手輪打后，開動電動機(jī)12，經(jīng)二蝸輪蝸桿減速器13減速后，驅(qū)動軸柄15沿逆時針向轉(zhuǎn)動，此時壓即可以由砝碼18通過大杠19、小杠桿1及壓軸3的作用，以一定大小的載壓入試樣。停留一定時間后電動機(jī)自動反轉(zhuǎn)，曲柄連桿動搖桿上升而卸除載荷。在閉電動機(jī)后，反時針方向轉(zhuǎn)手輪，使工作臺下降并取下樣。最后用讀數(shù)顯微鏡測出壓直徑值根據(jù)值大小查表即可求得氏硬度值。JC-10型讀數(shù)顯微：讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖1-4JC-10型讀數(shù)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。長鏡靠鏡筒鎖緊螺絲20與鏡筒合座19連接。在測微目鏡中，在目鏡的焦面上固定不地裝著刻有從0到6mm標(biāo)的分劃板4，一格的分劃值1mm。分劃板的刻線朝下，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，在朝向目鏡的上平面上刻有互直角的二根長絲。分劃板堅實(shí)地與分劃板6連接，下分劃座6可以沿讀數(shù)鼓輪的測微螺絲7的軸心移動。下劃板6的移動平滑性由精致滑板8、滑板槽9拉力彈簧10、測微螺絲7與固定的數(shù)指示套11內(nèi)的口螺帽12的良好配合來保。當(dāng)以順時針方向旋轉(zhuǎn)讀數(shù)鼓輪時，測螺絲7使下分劃板座6帶動分劃板5向前移動；當(dāng)以逆針方向旋動讀數(shù)鼓輪時，拉彈簧10則向后拉下分劃板座6連下分劃板5。讀數(shù)鼓輪的測微螺絲的螺為1mm，而不動的上分板4的分劃值也等于1mm所以讀數(shù)鼓輪轉(zhuǎn)動一周，下劃板5上的長線就相對上分板移動一格。這樣根據(jù)不動上-4-分劃板便可以讀出讀數(shù)鼓的整轉(zhuǎn)來。讀數(shù)鼓輪分成100個格，而測微螺絲的螺距等1mm，讀鼓輪轉(zhuǎn)動一格便0.01mm，全部數(shù)等于上分劃板的讀數(shù)加上讀數(shù)輪上的讀數(shù)。讀數(shù)顯微鏡的使用方法：儀器置于被測物體上，使被物件的被測部分用自然光或用燈光照明，然后調(diào)節(jié)目螺旋，使視場中同時看清分板和物體象。進(jìn)行測量時，旋動讀數(shù)鼓輪，使刻有長絲玻璃分劃板移動，同時稍微動讀數(shù)顯微鏡，使豎直長絲被測圓孔壓痕的一邊相切，到一個讀數(shù)，然后再旋動讀鼓輪，使豎直長絲與被測圓壓痕的另一邊相切，又得到個讀數(shù)，二者之差即為被測孔壓痕的直徑。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，使樣臺上升，試樣與壓頭接觸。此時屏幕上出現(xiàn)壓頭運(yùn)動程示意圖，最后一格表示加初試驗(yàn)力終止位置。平緩轉(zhuǎn)手輪，直到壓頭達(dá)到終止位，同時伴有蜂鳴報警，此時立即停止轉(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，如轉(zhuǎn)動過量較大，試驗(yàn)機(jī)自動報警，并提示此時應(yīng)重新始。初試驗(yàn)力加載完成后，測開始自動進(jìn)行。依次完成一過程：主試驗(yàn)力加載，加載完成后開始設(shè)定保持時間計時，保持總試驗(yàn)力，時間后立即開始卸載，最后顯示試結(jié)果。逆時針轉(zhuǎn)動手輪，樣品臺降，全部試驗(yàn)力卸除，所有驗(yàn)參數(shù)自動記憶，等待下次測試。四、驗(yàn)內(nèi)及操步驟．了解硬度計的構(gòu)造、原、使用方法、操作規(guī)程和安注意事項(xiàng)。．根據(jù)被測材料的種類、處理狀態(tài)等選擇適宜的硬度尺。．按照儀器設(shè)備的操作規(guī)分別進(jìn)行布氏硬度和洛氏硬測定。五、意事試樣兩端要平行，表面應(yīng)整，若有油污或氧化皮，可砂紙打磨，以免影響測量。圓柱形試樣應(yīng)放在帶有“V”型槽的工作臺上操作，以試樣滾動。加載時應(yīng)細(xì)心操作，以免壞壓頭。加預(yù)載荷（10kgf時若發(fā)現(xiàn)阻力太，應(yīng)停止加載，即報告，檢查原因。測定硬度值，卸掉載荷后必須使壓頭完全離開試樣后取下試樣。-5-金剛石壓頭系貴重物件，硬而脆，使用時要小心謹(jǐn)慎嚴(yán)禁與試樣或其他物件碰撞。應(yīng)根據(jù)硬度試驗(yàn)機(jī)試樣范，按規(guī)定合理使用不同的載和壓頭，超過使用范圍將不能獲得準(zhǔn)確的硬度值。六、驗(yàn)報要求寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模粚懗鰧?shí)驗(yàn)過程；實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄，將實(shí)驗(yàn)數(shù)填入表格內(nèi)，采用正確的標(biāo)方法表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果；要求在驗(yàn)報告紙上重新畫數(shù)據(jù)記表，以方便裝訂。分析說明布氏硬度和洛氏度的優(yōu)缺點(diǎn)及其選用的基本則；本次實(shí)驗(yàn)的體會