硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1、硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解布氏、洛氏、維氏、顯微維氏硬度計(jì)的構(gòu)造原理。2. 掌握布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的試驗(yàn)原理、測(cè)定方法和應(yīng)用范圍。3. 了解顯微硬度和肖氏硬度計(jì)的使用。二、實(shí)驗(yàn)要求1. 嚴(yán)格執(zhí)行硬度測(cè)試前對(duì)試樣表面的要求。2. 熟悉硬度計(jì)操作過程，不得碰撞硬度計(jì)壓頭。3. 使用砂輪應(yīng)注意安全。4. 及時(shí)記錄數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)關(guān)閉電源，清理現(xiàn)場。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器及材料1. 設(shè)備儀器（1）布、洛氏兩用硬度計(jì)（2）維氏硬度計(jì)（3）顯微維氏硬度計(jì)（4）肖氏硬度計(jì)（5）讀數(shù)測(cè)量顯微鏡2. 材料（1）鑄鐵 （2）45 鋼（退火）（3）45 鋼（淬火+回火） （4）高速鋼刀具（5）20 滲

2、碳淬火鋼零件 （6）硬質(zhì)合金刀片（7）黃銅（退火）四、實(shí)驗(yàn)原理及適用范圍1. 布氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)（Brinell Hardness）（1）實(shí)驗(yàn)原理：用一定直徑D（mm）的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，施以一定的試驗(yàn)力F（N），將其壓入試樣表面（圖2.1），經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間t（s）后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕。求得單位壓痕球形表面積上的試驗(yàn)力就是布氏硬度值，用HB 表示，其計(jì)算公式為：其中A壓痕球形面積（mm2），d壓痕平均直徑（mm）。（2） 適用范圍：布氏硬度試驗(yàn)主要用于室溫下黑色、有色金屬原材料檢驗(yàn)，也可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測(cè)試。國家標(biāo)準(zhǔn)GB6270-86金屬布氏硬度試驗(yàn)法，范圍：<

3、;450HB (650HB)，HBS表示用淬火鋼球，適用于硬度值在450 以下的材料，HBW 表示用鎢合金鋼球，適用于硬度值在450 以上的材料,新標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一用HBW表達(dá)。圖2.1 布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理圖2. 洛氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)（Rockwell Hardness）（1） 洛氏硬度實(shí)驗(yàn)原理：在先后兩次施加負(fù)荷（預(yù)負(fù)荷F0 和主負(fù)荷F1）的作用下，將標(biāo)準(zhǔn)型的壓頭（金剛石圓錐壓頭或鋼球壓頭）壓入試樣的表面，即在加完總負(fù)荷F（F = F0 + F1）保持一定的時(shí)間，并卸除主負(fù)荷，保留預(yù)負(fù)荷的情況下，用計(jì)量主負(fù)荷作用下所產(chǎn)生的殘余壓入深度e 來表示金屬材料抵抗塑性變形的能力，如圖2.2 示。e 值越大金屬的硬

4、度越低，反之則硬度越高。洛氏硬度值用HR 表示，并在符號(hào)后面注以所常用標(biāo)尺A、B、C 等。洛氏硬度試驗(yàn)常用標(biāo)尺所對(duì)應(yīng)的壓頭、負(fù)荷硬度計(jì)算公式及應(yīng)用見表2-1 圖2.2 洛氏硬度實(shí)驗(yàn)原理圖表2-1 洛氏硬度常用標(biāo)尺所對(duì)應(yīng)的壓頭、負(fù)荷、計(jì)算及應(yīng)用舉例標(biāo)尺壓頭初載荷/N總負(fù)荷/N硬度值計(jì)算公式應(yīng)用舉例HRA金剛石圓錐角120°頂端球面半徑0.2mm98588HRA=100-h/0.002硬質(zhì)合金、滲碳鋼、淬火工具鋼、淺層表面硬化鋼HRC1471HRC=100-h/0.002淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、硬鑄鐵、深層表面硬化鋼HRB直徑1.588mm 的鋼球98980HRB=130-h/0.002軟鋼，鋁

5、合金 、銅合金、可鍛鑄鐵備注：h 的單位為mm。（2） 適用范圍：洛氏硬度試驗(yàn)主要用于室溫下金屬材料熱處理后的產(chǎn)品硬度測(cè)試，測(cè)量范圍為2067HRC；6085HRA；25100HRB，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T230-91金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法。為了測(cè)定極薄工件及氮化層、氰化層、金屬鍍層等的硬度，可進(jìn)行表面洛氏硬度試驗(yàn)見表2-2表面洛氏硬度試驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用標(biāo)尺硬度符號(hào)壓頭類型初始負(fù)荷F0/N主負(fù)荷F1/N總負(fù)荷F/N硬度值測(cè)量范圍應(yīng)用舉例15NHR15N金剛石圓錐29.42117.7147.17094滲氮鋼、滲碳鋼、極薄鋼板、刀刃、零件邊緣部分、表面鍍層30NHR30N264.8294.2428645NH

6、R45N411.9441.3207715THR15T1.588mm淬火鋼球29.42117.7147.16793低碳鋼、銅合金、鋁合金等薄板30THR30T264.8294.2298245THR45T411.9441.3172注：初負(fù)荷為29.42N 壓痕深度以每0.001為一個(gè)硬度單位，常數(shù)K取0.13. 維氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)（Vickers hardness）（1） 實(shí)驗(yàn)原理：以一相對(duì)兩面夾角為136°的金剛石正四棱錐形壓頭，在一定的負(fù)荷作用下，壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保荷時(shí)間卸除負(fù)荷后，計(jì)量殘留壓痕兩對(duì)角線長度（如圖2.3）、并由此求出平均值。由實(shí)驗(yàn)負(fù)荷與殘留壓痕表面積之商計(jì)算出維氏

7、硬度值。維氏硬度值用HV 表示，其計(jì)算公式為： （N/mm2）圖2.3 維氏硬度實(shí)驗(yàn)原理示意圖（2） 適用范圍：維氏硬度試驗(yàn)主要用于在室溫下薄板材或金屬表層的硬度測(cè)定以及較精確的硬度測(cè)定。適用測(cè)量范圍為81000HV。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)有GB4340-84金屬維氏硬度試驗(yàn)方法和GB5030-85金屬小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)方法（表面硬度）。4. 顯微維氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)（1） 實(shí)驗(yàn)原理：以一相對(duì)兩面夾角為136°的金剛石正四棱錐形壓頭，在一定的微小負(fù)荷作用下，壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保荷時(shí)間卸除負(fù)荷后，計(jì)量殘留壓痕兩對(duì)角線長度（如圖2.4）、并由此求出平均值。計(jì)算出單位殘留壓痕表面積上試驗(yàn)負(fù)荷值即為顯微維

8、氏硬值。顯微維氏硬度值用HV 表示，其計(jì)算公式同維氏硬度的計(jì)算公式。（2） 適用范圍:顯微維氏硬度試驗(yàn)主要用于在室溫下測(cè)定金屬材料的顯微組織組分或相組分的硬度。適用測(cè)量范圍為82000HV，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為GB/T4342-91金屬顯微硬度試驗(yàn)方法。圖2.4顯微硬度壓頭與壓痕5. 肖氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)（1） 實(shí)驗(yàn)原理：以一個(gè)圓錐形金剛石（或鋼球）標(biāo)準(zhǔn)沖頭從一定高度自由下落到試樣的表面，以沖頭回彈的高度來計(jì)算即為肖氏硬度值。肖氏硬度值用HS 表示，并在符號(hào)后注以C、D 型號(hào)。其計(jì)算公式為：式中K系數(shù)，C型硬度K = 104 65；D型硬度K = 140；h1沖頭自由下落的高度，mm；h2沖頭落于試樣表面后

9、的回彈高度，mm。C、D 肖氏硬度的技術(shù)參數(shù)如表2-3 所示：表2-3 C、D 型肖氏硬度技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目C型D型沖頭重量（N）0.02310.3550下落高度h125419沖擊速度（m/s）2.230.61回彈高度h2(mm)165.112.35（2） 適用范圍：肖氏硬度試驗(yàn)主要用于在室溫條件下測(cè)定精度要求不高的金屬及合金大型工件的硬度測(cè)試。五、實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果處理（一） 布氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)：1.試驗(yàn)條件（1）試樣表面應(yīng)制成光滑的平面，表面粗糙度不大于0.8。試驗(yàn)面的制備方式應(yīng)與材料和試驗(yàn)條件相適應(yīng)。（2）試樣厚度應(yīng)不小于壓痕深度的10 倍。如有關(guān)技術(shù)條件另有規(guī)定時(shí)，則其厚度可為不小于壓痕深度的8

10、倍。（3）壓頭直徑、負(fù)荷大小與保荷時(shí)間的確定應(yīng)根據(jù)試樣預(yù)期硬度和厚度按表2-4 選擇。表2-4 壓頭直徑、負(fù)荷大小與保荷時(shí)間的確定材 料布氏硬度值范圍（HB）試樣厚度/mm負(fù)荷F與壓頭直徑D的關(guān)系壓頭直徑/mm負(fù)荷F/N黑色金屬140-6506-34-2<20.102F /D2=3010.05.02.52942073551839<140>66-3<30.102F /D2=1010.05.02.598072452613有色金屬>1306-34-2<20.102F /D2=3010.05.02.5294207355183936-1309-36-3<30.1

11、02F /D2=1010.05.02.5980724526138-35>66-3<30.102F /D2=2.510.05.02.524526131532. 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理（1）試驗(yàn)時(shí)，壓痕中心距試樣邊緣的距離應(yīng)大于或等于2.5d，試樣兩相鄰壓痕中心的距離應(yīng)大于或等于4d。實(shí)驗(yàn)硬度小于350HB 的金屬時(shí)，上述距離應(yīng)分別為3d 和6d。（2）試驗(yàn)后壓痕直徑的大小應(yīng)在下列范圍內(nèi)：0.2Dd0.6D 。如不符合上述條件時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果無效，應(yīng)選用相應(yīng)的負(fù)荷重新試驗(yàn)。（3）用直徑為10、5mm 的鋼球進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，其壓痕直徑的計(jì)量應(yīng)精確到0.02mm，如用直徑2.5mm 的鋼球則為0.01

12、mm。（4）壓痕直徑應(yīng)從兩相互垂直方向計(jì)量，并取其算術(shù)平均值。壓痕兩直徑之差應(yīng)不超過較小直徑的2。（二） 洛氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)1. 試驗(yàn)條件（1）試樣應(yīng)制成光滑的表面，其表面粗糙度不大于0.8。（2）彎曲表面的試樣，當(dāng)實(shí)驗(yàn)面的曲率半徑小于20mm 時(shí)，硬度值必須給與修正。（3）試樣應(yīng)具有一定的厚度，必須使壓痕不致在試樣支承面上引起任何可見的變形。其最小厚度應(yīng)大于卸除主負(fù)荷后壓頭壓入深度的10 倍。2. 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理（1）施加預(yù)負(fù)荷，試樣應(yīng)向上移動(dòng)至預(yù)負(fù)荷全部加上為止，如指示器超過硬度計(jì)說明書規(guī)定的標(biāo)志時(shí)，則應(yīng)卸除預(yù)負(fù)荷重新選點(diǎn)試驗(yàn)。（2）施加主負(fù)荷時(shí)，加荷壓入時(shí)間為48s，總負(fù)荷保持時(shí)間為2

13、25s；具體由加荷后隨時(shí)間變形的程度而定。（3）主負(fù)荷應(yīng)于2s 內(nèi)平穩(wěn)卸除，并立即從刻度盤相應(yīng)的標(biāo)尺上讀數(shù)，讀數(shù)精度應(yīng)為0.2HR。（4）試樣上兩相鄰壓痕中心及壓痕中心至試樣邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕直徑的三倍，通常相鄰壓痕的中心距離不小于3mm。（5）每次更換壓頭、載樣臺(tái)或支座后的最初兩次試驗(yàn)結(jié)果不予采用。（三） 維氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)1. 試驗(yàn)條件（1）試樣表面應(yīng)為光滑平面，其表面粗糙度不大于0.40。（2）試樣測(cè)試面應(yīng)為平面，如果必須在曲面上進(jìn)行硬度試驗(yàn)時(shí)，測(cè)得的硬度值必須給與修正。（3）試樣或表面層的最小厚度應(yīng)大于壓痕對(duì)角線長度的1.5倍。試驗(yàn)后，試驗(yàn)背面不應(yīng)有可見的變形痕跡。2. 試驗(yàn)方法及數(shù)

14、據(jù)處理（1）負(fù)荷保持時(shí)間黑色金屬為1015s；有色金屬為30±2s。（2）試樣上兩相鄰壓痕中心及壓痕中心到試樣邊緣的距離不應(yīng)小于壓痕對(duì)角線的2.5 倍。(3)壓痕兩對(duì)角線之差與其中較短的對(duì)角線之比應(yīng)不大于2。（4）在更換壓頭、載樣臺(tái)的最初兩次試驗(yàn)結(jié)果不予采用。（四） 顯微維氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)1. 試驗(yàn)條件（1）試樣的試驗(yàn)表面必須光滑，其表面粗糙度不大于0.2。一般將試樣經(jīng)拋光處理。（2）試樣的最小厚度應(yīng)大于壓痕對(duì)角線長度的1.5 倍；對(duì)于銅、鋁等軟金屬應(yīng)為3 倍。2. 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理（1）試樣應(yīng)平穩(wěn)地安置在載樣臺(tái)上，試驗(yàn)時(shí)不得產(chǎn)生任何位移和振動(dòng)。（2）加載時(shí)應(yīng)平穩(wěn)而緩慢，加載速度為5

15、060m/s。對(duì)于在硬度試驗(yàn)時(shí)塑性行為與時(shí)間無關(guān)的式樣（鋼鐵材料、強(qiáng)度較高的有色金屬），保荷時(shí)間為1015s；對(duì)于試驗(yàn)時(shí)塑性行為與時(shí)間有關(guān)的試樣，保荷時(shí)間至少為30s。（3）兩相鄰壓痕中心及壓痕中心到試樣邊緣的距離不應(yīng)小于壓痕對(duì)角線的2 倍。（4）壓痕對(duì)角線長度計(jì)量精度的允許誤差應(yīng)不大于對(duì)角線長度的1。（五） 肖氏硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)1. 試驗(yàn)條件（1）試樣表面應(yīng)為平面，表面粗糙度不大于1.6。（2）試樣的重量應(yīng)大于0.1Kg，厚度不應(yīng)小于2mm。（3）試樣不得有磁性。2. 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理（1）試樣應(yīng)穩(wěn)固地放置在載樣臺(tái)上，測(cè)試大工件時(shí)，應(yīng)將硬度計(jì)垂直、穩(wěn)固地放在工件上。（2）試驗(yàn)時(shí)兩相鄰壓痕間距應(yīng)

16、大于0.5mm，壓痕離試樣邊緣應(yīng)大于6mm。（3）每一試樣至少應(yīng)進(jìn)行五次測(cè)試（五次示值中最大最小值之差不超過5 個(gè)單位），以其算術(shù)平均值作為試樣的試驗(yàn)結(jié)果。六、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 了解各種硬度計(jì)的構(gòu)造、作用原理、使用方法、操作規(guī)程和安全注意事項(xiàng)。2. 對(duì)各種試樣選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法和儀器，確定試驗(yàn)條件。根據(jù)試驗(yàn)和試樣條件選擇壓頭和載荷。3. 用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊校驗(yàn)硬度計(jì)。校驗(yàn)的硬度值不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)硬度塊硬度值的允許示值誤差，見表2-4。4. 測(cè)定鑄鐵、45 鋼（退火）和黃銅（退火）試樣的布氏硬度。在布洛兩用硬度計(jì)上（用布氏硬度）確定測(cè)量壓頭、負(fù)荷、保荷時(shí)間等參數(shù)后，壓出壓痕，然后用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量壓痕直徑d，通過公式計(jì)算或查表得到HB 值。每個(gè)試樣至少測(cè)試三點(diǎn)，以各點(diǎn)測(cè)得結(jié)果的算術(shù)平均值作為該試樣的布氏硬度值。在布洛兩用硬度計(jì)上（用洛氏硬度）測(cè)量得HRC 值。5. 測(cè)定45 鋼（淬火+回火）、高速鋼刀具和20 號(hào)滲碳淬火鋼零件的洛氏硬度值。