鋼的淬透性測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)一：鋼的淬透性測(cè)定實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：3實(shí)驗(yàn)類型：綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┱莆珍摰拇阃感缘膶?shí)驗(yàn)方法，重點(diǎn)末端淬火法。（二）了解化學(xué)成分、奧氏體化溫度及晶粒度對(duì)鋼的淬透性的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段（一）淬透性的概念及其影響因素在實(shí)際生產(chǎn)中，零件一般通過淬火得到馬氏體，以提高機(jī)械性能。鋼的淬透性是指鋼經(jīng)奧氏體化后在一定冷卻條件下淬火時(shí)獲得馬氏體組織的能力。常用淬透性曲線、淬硬層深度或臨界淬透直徑來表示。淬透性與淬硬性不同，它是淬硬層深度的尺度而不是獲得的最大 的硬度值。它決定淬火后從表面到心部硬度分布的情況。一般規(guī)定“由鋼的表面至內(nèi)部馬氏體占50%（其余的50%為珠光體

2、類型組織）的組織處的距離”為淬硬層深度。淬硬層越深，就表明該鋼的淬透性越好。如果淬硬層嘗試達(dá)到心部，則表明該鋼全部淬透。影響淬透性的因素很多，最主要的是鋼的化學(xué)成分，其次為奧氏體化溫度、晶粒度等等。鋼的淬透性與過冷奧氏體穩(wěn)定性有密切的關(guān)系。當(dāng)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的速度越慢，也就是等溫轉(zhuǎn)變開始曲線越向右移，鋼的淬透性越大，反之就越小，可見影響淬透性的因素與影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素是相同的。溶入奧氏體的大多數(shù)合金元素除Co以外，都增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使曲線右移，降低臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。鋼中含碳量對(duì)臨界冷卻速度的影響為：亞共析鋼隨含碳量的增加，臨界冷卻速度降低，淬透性增加；過共析鋼隨含碳

3、量的增加，臨界冷卻速度增高，淬透性下降。含碳量超過1.2 %1.3 %時(shí)，淬透性明顯降低。（二）淬透性的測(cè)定方法淬透性的測(cè)定可以大致分為計(jì)算法和實(shí)驗(yàn)法兩類。目前使用的方法還是實(shí)驗(yàn)法，它主要是通過測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試樣來評(píng)價(jià)鋼的淬透性。具體的試驗(yàn)方法有多種， 現(xiàn)將其中通常采用的四種方法概述如下。1斷口檢驗(yàn)法根據(jù)GB227 63炭素工具鋼淬透性試驗(yàn)法（低合金工具鋼也可參照此標(biāo)準(zhǔn)）的規(guī)定，在退火鋼棒截面中部截取23個(gè)試樣，方形試樣的橫截面尺寸為20mnX 20mm± 0.2），圓形截面為02233mm長度為100± 5mm試樣中間一側(cè)開一個(gè)深度為35mn的V形槽，以利于淬火后打斷觀察斷口。

4、試樣分別在760C、800C、840C溫度下加熱1520min，然后淬入1030C的水中。通過觀察斷口上淬硬表層（脆斷區(qū)）深度，對(duì)照相應(yīng)的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)圖 來評(píng)定淬透性等級(jí)（GB227-63規(guī)定分成05級(jí)）。2、U曲線法用長度為直徑的46倍一組直徑不同的試樣，經(jīng)奧氏體化后在一定的淬火介質(zhì)（如水、 鹽水、油等）中冷卻，然后沿試樣中縱向剖開，磨平后自試樣表面向內(nèi)每隔12min距離測(cè)定一處硬度值，并將所測(cè)結(jié)果畫成硬度分別曲線（圖15-1 ）。淬透性的大小可用淬硬層深度h或DH/ D來表示，D為試樣直徑，DH為未淬硬區(qū)域直徑。用這種方法測(cè)量出來的數(shù)值依試 樣尺寸、淬火介質(zhì)的冷卻能力的不同而變化，因此應(yīng)用較少

5、，但此法比較直觀。圖15-1截面上的U形硬度3、臨界直徑法所謂“臨界淬透直徑”是指鋼在一定介質(zhì)中淬火時(shí)，中心能獲得半馬氏體組織的最大直徑。用U曲線法做實(shí)驗(yàn)時(shí)，總可以找到在一定的淬火介質(zhì)中冷卻時(shí)心部恰好能夠淬透（截面中心的硬度為半馬氏體硬度，即組織恰好對(duì)應(yīng)含 示。但D與淬火介質(zhì)有關(guān)。為了排除冷卻條 件的影響，假定淬火介質(zhì)的冷卻強(qiáng)度值 H為 無窮大，試樣淬火時(shí)其表面溫度立即冷卻到50%馬氏體組織）的臨界直徑，用D表-可編輯修改 -圖15-2末端淬透性實(shí)驗(yàn)示意圖淬火介質(zhì)的溫度，此時(shí)所能淬透的最大直徑 稱為理想臨界直徑（D），顯然D僅取決于 鋼的成分，因此可用它作為判別不同鋼種淬 透性的依據(jù)。理想臨界

6、直徑可以通過試驗(yàn)得 出的半馬氏體區(qū)厚度 d在特定的曲線圖中查 出。依此還可以進(jìn)一步求出該鋼種在各種介 質(zhì)中的臨界直徑等。4、末端淬火法目前測(cè)定鋼的淬透性最常用的方法是末端淬火（又稱頂端淬火法，簡稱端淬法）它簡便而經(jīng)濟(jì)，又能較完整地提供鋼的淬火硬化特性，克服了上述方法的缺點(diǎn)。廣泛適用于優(yōu)質(zhì)炭素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼及合金工具鋼等的淬透性測(cè)量。我國GB23563規(guī)定的試樣形狀尺寸及試驗(yàn)原理如圖15-2所示。試驗(yàn)時(shí)將試樣按規(guī)定的奧氏體化條件加熱后（注意防止氧化脫碳）迅速取出放入試驗(yàn)裝置。因試樣的末端被噴水冷卻，故水冷 端冷得最快，越向上冷得越慢，頭部的冷速相當(dāng)于空冷，因此沿試樣長度方向?qū)⑤钡?/p>

7、各種 冷卻條件下的組織和性能。冷卻完畢后沿試樣縱向兩側(cè)各磨去0.4mm,并自水冷端1.5mm處開始測(cè)定硬度，繪出硬度與至水冷端距離的關(guān)系曲線，即所謂端淬曲線（圖15-3 ）。淬透性曲線OHH鏗堡圖15-3端淬曲線試樣和冷卻條件是規(guī)定的，所以試樣各占的冷卻速度也是固定的，這樣端淬法就排除了試樣的具體形狀和冷卻條件的影響，歸結(jié)為冷卻速度與淬火后硬度之間的關(guān)系。如果再對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行金相組織觀察，那么借助于端淬曲線就可知道冷卻速度，金相組織和硬度之間的關(guān)系。根據(jù)GB225-63規(guī)定，鋼材的淬透性用 J （ HR（7d）表示，其中J表示端淬試驗(yàn)，d為 距水冷端距離，HRC為在該處測(cè)定的硬度值。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)

8、行要求由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)組織和實(shí)施上述試驗(yàn)內(nèi)容。五、實(shí)驗(yàn)條件（一）設(shè)備：箱式電阻爐；洛氏硬度計(jì)，端淬實(shí)驗(yàn)機(jī)。（二）試樣：T10、45、40Cr端淬試樣一套；六、實(shí)驗(yàn)步驟在指導(dǎo)教師的安排下，學(xué)生逐個(gè)將試樣置于箱式電阻爐進(jìn)行加熱，待加熱保溫完成后，將端淬試樣置于端淬實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行端淬，然后測(cè)定硬度，計(jì)算鋼的淬透性。七、思考題1、試述鋼的淬透性的測(cè)定方法及意義；2、鋼的成分不同對(duì)淬透性有哪些影響？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告按實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式及所要求的內(nèi)容完成。實(shí)驗(yàn)二：掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)與樣品分析實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：5實(shí)驗(yàn)類型：演示性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┝私鈷呙桦婄R的結(jié)構(gòu)；（二）通過實(shí)際分析，明確掃描電鏡的用途

9、。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段（一）掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)與工作原理簡介掃描電鏡的主要構(gòu)造分五部分：電子光學(xué)系統(tǒng)，掃描系統(tǒng)，信號(hào)接收、放大與顯示系統(tǒng),試樣微動(dòng)及更換系統(tǒng)，真空系統(tǒng)。圖20-1是掃描電鏡主機(jī)構(gòu)造示意圖。實(shí)驗(yàn)時(shí)將根據(jù)實(shí)際設(shè)備具體介紹。燈刪陽O7T絲電瀬兇 兇 兇 區(qū)I因-掃描找叭因物輸光團(tuán)檢測(cè)器帝置敖大器主放大器電對(duì)屮踐圈倍率選擇器押描 發(fā)生器圖20-1掃描電鏡主機(jī)構(gòu)造示意圖（a）（ b）圖20-2高強(qiáng)鋼斷口形態(tài)編輯修改韌窩斷口； （b）沿晶斷口（二）樣品觀察與分析1 、二次電子像二次電子像常用來做斷口及高倍組織觀察。圖是沿晶和穿晶斷口形態(tài)。待觀察斷口要保 持新鮮，不可用手或棉紗

10、擦拭斷口。如果要長期保存，可在斷口表面貼一層AC紙。在觀察時(shí)將試樣放在丙酮中使 AC紙充分溶解掉。圖20-2是結(jié)晶組織的二次電子像。2、背散射電子像和吸收電子像掃描電鏡接收背散射電子像的方法是將背散射電子檢測(cè)器送入鏡筒中，將信號(hào)選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到RE位置接通背散射電子像的前置放大器。圖實(shí)是他AI2CU相的背散射電子像。在背散射電子像中，A12Cu相的平均原子序數(shù)高于基體 AI，所以A12Cu相有明顯的亮度和浮凸效果。 由于背散射電子像信號(hào)弱，所以在觀察時(shí)要加大束流，采用慢速掃描。當(dāng)斷開樣品臺(tái)接地線，接通吸收電子附件，將信號(hào)選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到AE位置時(shí)，將進(jìn)行吸收電子像觀察。圖 20-3是A12Cu相的吸收

11、電子像。其襯度與背散射電子像相反。圖20-3 4Cr5MoVSi鋼結(jié)晶組織及A12Cu相背散射電子像-可編輯修改 -3、選擇典型的金屬塑性斷口、脆性斷口、疲勞斷口等，在掃描電鏡上攝取二次電子像（分8組，每組6人），每組同學(xué)所得到的斷口形貌像不同。(a)( b)4、金相表圖 20-4圖20-4金相表面的二次電子像（a）珠光體組織（b）析出碳化物腐蝕之后金相面觀察為經(jīng)拋光 樣品的二次電子像，可以看出其分辨率及立體感均遠(yuǎn)好于光學(xué)金相照片。光學(xué)金相上顯示不清的細(xì)節(jié)在這里可以清晰地顯示出來，如珠光體中的FesC與鐵素體的層片狀形態(tài)及回火組織中析出 的細(xì)小碳化物等。三、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求由教師講解掃描電子顯

12、微鏡基本結(jié)構(gòu)和工作原理，學(xué)生應(yīng)了解掃描電鏡的基本結(jié)構(gòu)和 工作原理及測(cè)定方法。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告按實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式及所要求的內(nèi)容完成。實(shí)驗(yàn)三：金屬拉伸、壓縮屈服性能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)類型：綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┱莆战饘俨牧侠?、壓縮屈服性能的測(cè)定方法和壓力傳感器的標(biāo)定。（二）比較相同金屬材料拉伸、壓縮狀態(tài)下屈服性能的差異。（三）了解表面摩擦對(duì)金屬材料屈服性能的影響，以及多次加載、卸載對(duì)抗力、硬化的影響。（四）學(xué)會(huì)繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）熟悉材力機(jī)的操作規(guī)程。（二）壓力傳感器的標(biāo)定。（三）壓縮屈服性能的測(cè)定。（四）拉伸屈服性能的測(cè)定。三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段金屬材

13、料拉伸、壓縮試驗(yàn)是金屬材料力學(xué)性能測(cè)試中最重要的方法之一。即對(duì)一定形狀的試樣施加軸向上的力，拉伸或壓縮，便可測(cè)出表征金屬材料的物理屈服性能指標(biāo)：屈服點(diǎn)6、上屈服點(diǎn)列、下屈服點(diǎn)亂；規(guī)定微量塑性伸長應(yīng)力指標(biāo)：規(guī)定非比例伸長應(yīng)力 8、規(guī)定總伸長應(yīng)力 8、規(guī)定殘余伸長應(yīng)力 8；強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度 8 ；塑性性能指標(biāo)：斷 后伸長率&屈服點(diǎn)伸長應(yīng)力 &、最大力下的總伸長 &、最大力下的非比例伸長率 弘斷面 收縮率0,從而得到自開始加載到試樣破壞的全過種的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。這條曲線的形狀表征著材料的力學(xué)行為。不同的材料，應(yīng)力一應(yīng)變曲線各不相同（見圖22-1、圖22-2 ）,甚至有很

14、大差異。圖22-1不同材料拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線a）鑄鐵b）低碳鋼c ）橡膠四、實(shí)驗(yàn)條件（一）液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)。（二）壓力傳感器。（三）毫伏表（四）電源。（五）刻點(diǎn)機(jī)。（六）引伸計(jì)。（七）測(cè)試材料：圓鋼、鉛棒、銅棒。（八）使用工具：鋼鋸、游標(biāo)卡尺、鋼板尺、萬用表。五、實(shí)驗(yàn)步驟（一）用萬用表檢查壓力傳感器的性能。（二）將壓力傳感器、毫伏表、電源連接好后，裝到萬能材力試驗(yàn)機(jī)上。（三）打開材力試驗(yàn)機(jī)總開關(guān)。（四）根據(jù)壓力傳感器的額定負(fù)荷，選擇測(cè)量范圍，在擺桿上掛上或取下相應(yīng)的擺砣， 并調(diào)整緩沖手柄，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)線。（五）開動(dòng)油泵，調(diào)整指針對(duì)準(zhǔn)度盤零點(diǎn)。（六）在描繪器的轉(zhuǎn)筒上，卷壓好記錄紙，選擇好放大倍數(shù)

15、。（七）將推桿上的描繪筆放下，進(jìn)入描繪準(zhǔn)備狀態(tài)。（八）緩慢開啟送油閥，給傳感器加額定容量的110%負(fù)荷三次，以減小滯后影響。（九）正式標(biāo)定開始：將傳感器加額定容量分成若干梯度，按此容量梯度分級(jí)逐級(jí)加載和卸載，記錄此加、卸載的數(shù)據(jù)，重復(fù)二次。并記錄于表22-1中。（十）壓縮屈服性能的測(cè)定：取已鋸好的測(cè)試材料，兩端磨平，用卡尺測(cè)量試件的原 始直徑Db和高度H）。表22-1力口、卸載荷數(shù)據(jù)記錄P/kN輸出/mV加卸加卸加卸加卸加卸加卸第一次第二次平均K=（11）標(biāo)定后的壓力傳感器不動(dòng)，將試件放置在傳感器的中央，依照上面操作程序進(jìn) 行。（12） 當(dāng)壓下量厶h= 1時(shí)，測(cè)量壓縮后試件的高度、壓力P,填入

16、表22-2中。(13) 觀察壓縮變形形象，繪制應(yīng)力o-應(yīng)變&曲線。(14) 拉伸屈服性能的測(cè)定：用卡尺測(cè)量試件的橫截面尺寸So,標(biāo)出試樣標(biāo)距長度 L。(Lo= K So心 5.65 或 11.3 )(15) 試件標(biāo)距離圍內(nèi)均分 10等份，打上標(biāo)點(diǎn)。(16) 將試件正確地卡到材力機(jī)上，按照上面操作程序進(jìn)行拉伸試驗(yàn)：(1) 測(cè)定非比例伸長應(yīng)力O0。2 (逐級(jí)施力法)。把試件施加約相當(dāng)于預(yù)期規(guī)定非比例伸長應(yīng)力10%。表22-2壓縮試件數(shù)據(jù)記錄原始數(shù)據(jù)D0H0H0壓縮次數(shù)123456變形高度h/mm接觸面積S/mrA瞬時(shí)壓力P/kN真實(shí)應(yīng)力o= P/S真實(shí)應(yīng)變尸InH/h預(yù)期試驗(yàn)力Fo,將引伸

17、計(jì)裝卡在試件上，調(diào)節(jié)好引伸什的零點(diǎn)(表 22-3 )。然后對(duì)試樣 采用逐級(jí)加載相同的量，測(cè)出規(guī)定非比例伸長力 FpO從引伸計(jì)上讀出每一級(jí)施力條件下試樣 的伸長量。到所測(cè)的非比例伸長等于或微大于所規(guī)定值，取下引伸計(jì)(用內(nèi)插法求出Fp值,計(jì)算o= Fp/So)。將試樣拉斷，記錄 Fbo(2) 測(cè)定規(guī)定殘余伸長應(yīng)力oo。1 (逐級(jí)卸力法)。測(cè)定規(guī)定殘余伸長應(yīng)力是用引伸計(jì)采用卸力法來進(jìn)行的。把試件施加約為預(yù)期規(guī)定殘余伸長應(yīng)力的1o%預(yù)試驗(yàn)力Fo,然后上表22-3用逐級(jí)施力法測(cè)定實(shí)驗(yàn)記錄表加力次數(shù)加力等級(jí)試驗(yàn)力引伸計(jì)讀數(shù)引伸計(jì)讀數(shù)增量彈性伸長(分格)非比例伸長(分格)預(yù)試驗(yàn)力Fo1大等級(jí)力平均每增加2k

18、N試2F =驗(yàn)力彈性伸長增3量為3.04分格即AL2= 3.05678910小等級(jí)力2Fl =好引伸計(jì)，繼續(xù)加力到2 Fo，再卸到R。調(diào)節(jié)引伸計(jì)記下條件零點(diǎn)（表 22-4 ）。用卸力法測(cè)定規(guī)定殘余伸長力 Fr。從引伸計(jì)上讀出首次施力條件下試樣產(chǎn)生的殘余伸長量。以后每次加力產(chǎn)生的總伸長量，等于前一次總伸長量加上規(guī)定殘余伸長量，減去已產(chǎn)生的殘余伸長量的差，再加上12分格的彈性增量。保證在較少的加、卸力次數(shù)下測(cè)得結(jié)果。當(dāng)實(shí)測(cè)的殘余 伸長量等于或稍大于規(guī)定值為止，取下引伸計(jì)（用內(nèi)插法求出Fr值，計(jì)算d = Fr/S）。將試樣拉斷，記錄Fb。表22-4用卸力法測(cè)定試驗(yàn)記錄表加力次數(shù)加力時(shí)引伸計(jì)讀書（分格

19、）試驗(yàn)力卸力到Fo引伸計(jì)讀書（分格）殘余伸長量（分格）預(yù)試驗(yàn)力Fo（3）把拉斷后的試樣對(duì)好，測(cè)量標(biāo)距L1,縮頸處最小直徑 di，分別計(jì)算伸長率 3,斷面率0。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告按實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式及所要求的內(nèi)容完成。實(shí)驗(yàn)四：材料硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)類型：綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┝私獠煌N類硬度測(cè)定的基本原理及應(yīng)用范圍；（二）了解布氏、洛氏、維氏硬度實(shí)驗(yàn)的操作方法及設(shè)備特點(diǎn);（三）學(xué)會(huì)使用布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 、 實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段金屬的硬度可以認(rèn)為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。 硬度測(cè)量能夠給出金屬材料軟硬度的數(shù)量概念。 由于在金屬表面

20、以下不同深處材料所承受的 應(yīng)力和所發(fā)生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合地反映壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈 性、微量塑變抗力、 塑變強(qiáng)化能力以及大量形變抗力。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形 能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。另外，硬度與其他機(jī)械性能（如強(qiáng)度指標(biāo)6及塑性指標(biāo)3和Q之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以從某種意義上說硬度的大小對(duì)于機(jī)械零件或工具的使用壽命具有決定性意義。硬度試驗(yàn)的方法很多，在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用壓入法來測(cè)定硬度，壓入法又可分為布 氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。壓入法硬度試驗(yàn)的主要特點(diǎn)是：（1） 試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)最軟（最大切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大正應(yīng)力），因而不論是塑性材料 還是脆性材

21、料均能發(fā)生塑性變形。（2）從一定意義上用硬度試驗(yàn)結(jié)果表征其他有關(guān)的力學(xué)性能。 金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)之間存在如下近似關(guān)系：6= K?HB式中 6 材料的抗拉強(qiáng)度；K 系數(shù)；HB 布氏硬度。退火狀態(tài)的碳鋼： K= 0.340.36合金調(diào)質(zhì)鋼：K= 0.330.35有色金屬合金： K=0.330.53（ 3）硬度值對(duì)材料的耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能也有定性的參考價(jià)值，通常硬度值高， 這些性能也就好。 在機(jī)械零件設(shè)計(jì)圖紙上對(duì)機(jī)械性能的技術(shù)要求， 往往只標(biāo)注硬度值， 其原 因就在于此。（4）硬度測(cè)定后由于僅在金屬表面局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適 合于成品檢驗(yàn)。（5）設(shè)備簡單，操作迅速方便。（

22、一）布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)是施加一定大小寫的載荷 P,將直徑為D的鋼球壓入被測(cè)金屬表面 （如圖 23-1所示）保持一定時(shí)間，然后卸除栽荷，根據(jù)鋼球在金屬表面上所奔出的凹痕面積F凹求出平均應(yīng)力值，以此作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號(hào)HB表示。其計(jì)算公式如下：HB= P/ F 凹式中HB 布氏硬度；P施加外力，N;、 2F凹?jí)汉勖娣e， mm根據(jù)壓良面積和球面之比等于壓痕深度的球面面積為：F 凹=n Dh式中 D鋼球直徑，mmH壓痕深度，mm由于測(cè)量壓痕直徑d要比測(cè)定壓痕深度h和鋼球直徑之比的幾何關(guān)系，可知壓痕部分h容易，故可將式中的h改換成d來表示，這樣可以根據(jù)幾何關(guān)系求出：1/2(D/2)-h=(D

23、/2)2-(d/2) 2H=D-(D 2-d2) /2得.得:hbZ2PF 二D(D _ , D2 _d2)當(dāng)試驗(yàn)力是P的單位是N時(shí)HB0.102PF0.204P二 D(D _ 心 _d2)HB值。在式中的d是變數(shù)，故只需測(cè)出壓痕直徑d,根據(jù)已知D和P值就可以計(jì)算出29400N)和同實(shí)際測(cè)量時(shí)，可由壓痕直徑 d直接查表得到HB值。由于金屬材料有硬有軟，所測(cè)工件有厚有薄，若只采用同一種栽荷（如 一個(gè)鋼球直徑（如 D= 10mm時(shí)，則對(duì)有些試樣合適，而對(duì)另一些試樣可能不合適，會(huì)發(fā)生 整個(gè)鋼球陷入金屬中的現(xiàn)象； 若對(duì)于厚的試樣合適，則對(duì)于薄的試樣可能會(huì)出現(xiàn)壓透的可能。所以在測(cè)定不同的材料布氏硬度值時(shí)

24、要求有不同載荷P和不同直徑D的鋼球。為了得到統(tǒng)的、可以進(jìn)行相互比較的數(shù)值， 必須使D和P之間維持某一比值關(guān)系，以保證所得到的壓痕形狀的幾何相似關(guān)系，其必要條件就是使壓入角知d和$的關(guān)系是：D . d sin2 2 20保持不變。根據(jù)相似原理由圖23-1中可以此代入得:P-HB 2D7*二(1-sin、)上式說明，當(dāng)$值為常數(shù)時(shí)，為使 HB相同，P/D2也應(yīng)保持為一定值。因此對(duì)同一材料而言，不論采用何種大小的載荷和鋼球直徑，只要能滿足P/常數(shù)，所得到的HB值是一樣的。對(duì)不同的材料來說，得到的HB值也可以進(jìn)行比較。按照國標(biāo)GB23 88的規(guī)定，P/D比值有30、10和2.5三種。涼理圖店和M的關(guān)系

25、圖23-1布氏硬度的原理說明試樣的表面應(yīng)呈光滑平面，無氧化皮、無油污，在加工制作過程中不應(yīng)因受熱或加工硬 化而改變其硬度。試樣厚度不應(yīng)小于壓痕深度的10倍。壓痕中心距試樣邊緣的距離不小于壓痕直徑的2.5倍，而距相鄰壓痕中心的距離不小于壓痕直徑的4倍。對(duì)試樣進(jìn)行加載之后，卸去載荷，取下試樣，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量壓痕直徑，精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)的毫米值。實(shí)驗(yàn)后壓痕直徑大小應(yīng)在下列范圍之內(nèi)：0.25 D<d<0.6D如不符合上述條件時(shí)，認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果無效。此時(shí)應(yīng)選擇相應(yīng)的負(fù)荷重新試驗(yàn)。 試驗(yàn)后試 樣邊緣與試樣背面呈現(xiàn)變形痕跡， 則試驗(yàn)無效。也應(yīng)重新選擇試驗(yàn)條件再做。壓痕直徑應(yīng)從 相互垂直的兩個(gè)方

26、向測(cè)量，并取其算術(shù)平均值。壓痕直徑之差應(yīng)不大于較小直徑的2%。目前布氏硬度的表示仍然用kg/mm2為單位，主要考慮到硬度值與過去的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)的方便。（二）洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)常用的壓頭為圓錐角a= 120°、頂部曲率半徑為了。2mm的金剛石圓錐體或直徑D= 1.588mm的淬火鋼球。試驗(yàn)時(shí)（圖 23-2 ）,先對(duì)試樣施加初試驗(yàn)力F。，在金屬表面得一壓痕深度h0,以些作為測(cè)量壓痕的基線。隨后再加上主試驗(yàn)力 F,此時(shí)壓痕深度的增量為h1。金屬在R作用下產(chǎn)生的總變形 h1中包括彈性變形和塑性變形。當(dāng)將F。卸除后，總變形中的彈性變形恢復(fù)， 使壓頭回升一段距離。 于是得到金屬在 F0作用下

27、的殘余壓痕深度 h（將此壓痕深度h表示成e其值以0.002mm為單位表示）°E值愈大表明金屬洛氏硬度愈低；反之，則表明硬度愈高。為了照顧習(xí)慣上數(shù)值愈大硬度愈高的概念，故用一個(gè)常數(shù)k減去e來表示洛氏硬度值，并以符號(hào)HR表示，即HR= k e當(dāng)使用金剛石圓錐體壓頭時(shí)，常數(shù)k定為100 ；當(dāng)使用淬火鋼球壓頭時(shí)， 常數(shù)k為130。圖23-2洛氏硬度試驗(yàn)原理實(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值可直接讀出。為了測(cè)定軟硬不同的洛氏硬度標(biāo)尺。每一種標(biāo)尺用一個(gè)字母在HR后注明。我國最常用的標(biāo)尺有A、B C三

28、種，其硬度值的符號(hào)分別用HRA HRB HRC表示。由于洛氏硬度試驗(yàn)力比較大，不宜用于測(cè)定極薄的工件及滲層或鍍層的硬度。為此，人們應(yīng)用洛氏硬度試驗(yàn)原理，減小試驗(yàn)力，設(shè)計(jì)出一種表面洛氏硬度計(jì)試驗(yàn)的殘余壓痕深度增 量e以0.001mm為單位表示。無論用洛氏硬度或表面洛氏硬度所測(cè)定的硬度值都寫在洛氏硬度符號(hào)之后，如：HRC61.5 HRB90 HR15N85 HR30T75等。（三）維氏硬度維氏硬度的試驗(yàn)原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力來表示維氏硬度值。所不同的是維氏硬度用的壓頭不是球體而是兩對(duì)而夾角a= 136°的金剛石四棱錐體。壓頭在試驗(yàn)力 F （單位是kgf或N

29、作用下，將試樣表面壓一個(gè)四棱錐形壓痕，經(jīng)規(guī)定 時(shí)間體質(zhì)載荷之后，卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕對(duì)角線平均長度dd=（d 計(jì)d2）/2式中d1和d2分別是兩個(gè)不同方向的對(duì)角線長度，用以計(jì)算壓痕的表面積。所以維氏硬度值（HV）就是試驗(yàn)力P除以壓痕表面積 F所得的商。當(dāng)試驗(yàn)力P為kgf（9.8N）時(shí)計(jì)算公式如下：円“倉2“8544 ；當(dāng)試驗(yàn)力P為N時(shí)計(jì)算公式如下:HV= 0.18910.102P0.204Psi n(136°/2)十產(chǎn)與布氏硬度一樣，維氏硬度值也不標(biāo)注單位。維氏硬度值的表示方法是：在HV前書寫硬度值，HV后按順序用數(shù)字表示試驗(yàn)條件 (試驗(yàn)力/試驗(yàn)力保持時(shí)間， 保持時(shí)間為1

30、015s 都不標(biāo))。例如640HV30/20表示用30kgf(294N)試驗(yàn)力保持20s測(cè)定的維氏硬度值為 640。 如果試驗(yàn)力為1kgf(9.8N)，試驗(yàn)加載保持1015s，測(cè)得的硬度值為560,則可表示為560HV1。維氏硬度試驗(yàn)的試驗(yàn)力為5 ( 49)100 (980) kgf ( N);小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)的試驗(yàn)力為0.2 (1.96 )5(49)kgf(N)可根據(jù)試樣材料的硬度范圍和厚度來選擇。其選擇原則應(yīng) 保證試驗(yàn)后壓痕深度 h小于試樣厚度(或表面層厚度)的1 /10。在一般情況下，建議選用試驗(yàn)力 30kgf (294N)。當(dāng)被測(cè)金屬試樣組織較粗大時(shí)，也可 選用較大試驗(yàn)力。但當(dāng)材料硬

31、度 500HV時(shí)，不宜選用大試驗(yàn)力，以免損壞壓頭。試樣力的 保持時(shí)間選擇，黑色金屬 1015s，有色金屬30 ± 2s。(四) 金屬顯微硬度試驗(yàn)法金屬顯微硬度試驗(yàn)原理與宏觀維氏硬度試驗(yàn)法完全相同。只不過所用試驗(yàn)力比小負(fù)荷試驗(yàn)力維氏硬度試驗(yàn)時(shí)還要小，通常在0.010.2kgf(0.098 1.96N)范圍內(nèi)。所得壓痕對(duì)角線也只有幾微米到幾十微米。因此，顯微硬度是研究金屬微觀組織性能的重要手段。常用于測(cè)定合金中不同的相、表面硬化層、化學(xué)熱處理滲層、鍍層及金屬箔等的顯微硬度。金屬顯微硬度的符號(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)法完全相同。. .3金屬顯微硬度試驗(yàn)的試驗(yàn)力，分為

32、0.01 (98 X 10- )、0.02 ( 1.96 )、0.05 ( 0.49 )、0.1 (0.98 )及0.2 (1.96 ) kgf(N)等五級(jí)。盡可能選用較大的試驗(yàn)力進(jìn)行試驗(yàn)。(五) 硬度試驗(yàn)方法的正確選用根據(jù)試樣的材料、工藝狀態(tài)及幾何尺寸等特點(diǎn)，選用一種合適的硬度試驗(yàn)方法，這是進(jìn)行硬度試驗(yàn)時(shí)首先應(yīng)認(rèn)真考慮的問題。可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮，供選擇時(shí)參考。1、布氏、洛氏、維氏硬度試驗(yàn)方法都可以測(cè)定軟硬不同及厚薄不一的試樣的硬度，但其所測(cè)定硬度值應(yīng)在該方法允許的范圍之內(nèi)。例如，布氏硬度試驗(yàn)用鋼球做壓頭時(shí)，所測(cè)材料的布氏硬度應(yīng)小于 450HBS若用硬質(zhì)合金球做壓頭時(shí)則可測(cè)得650HB

33、W以下材料的硬度。又如，用洛氏硬度 C標(biāo)尺所測(cè)得硬度范圍應(yīng)在HRC267之間，若材料硬度小于 HRC20則應(yīng)選用B標(biāo)尺，若大于 HRC67則應(yīng)選用 A標(biāo)尺。2、盡管選用常用的各種硬度試驗(yàn)方法都可以對(duì)軟硬不同、厚薄不一的試樣測(cè)定硬度，但在實(shí)際生產(chǎn)和科研中，根據(jù)人們的經(jīng)驗(yàn)及已經(jīng)積累大量硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，對(duì)上述幾種硬度試驗(yàn)方法的選用還是有所側(cè)重的。例如，對(duì)于各種鑄鐵、熱軋和正火鋼材、各種有色金屬及其合金、軸承合金等硬度較低或金相組織較為粗大的材料常用布氏硬度；對(duì)于淬火后進(jìn)行不同溫度回火的試樣， 各種工、模具及滲層厚度大于 0.5mm的滲碳層等較硬的材料， 常采用 洛氏硬度C標(biāo)尺法；對(duì)于硬質(zhì)合金等很硬

34、材料常采用洛氏硬度A標(biāo)尺法；當(dāng)零件和工模具滲層厚度較淺時(shí)可選用小負(fù)荷或顯微硬度試驗(yàn)法。對(duì)于極薄的試樣或合金中某相組成的硬度， 只有采用顯微硬度試驗(yàn)法。3、對(duì)于同一種材料由于處理?xiàng)l件不同，其硬度差異較大，為了得到可比的結(jié)果，可采 用維氏硬度法測(cè)定。4、在試驗(yàn)和研究工作中，如若要將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與查得的資料中的硬度值進(jìn)行對(duì)比，應(yīng)盡 可能采用與資料上相同的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，以免硬度換算引入誤差。5、生產(chǎn)上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大量檢驗(yàn)時(shí)，常用洛氏硬度法，以提高檢驗(yàn)效率。（六）硬度試驗(yàn)所用試樣的要求1、試樣表面應(yīng)制成平整、光滑，不應(yīng)有氧化皮和污物。為了能精確測(cè)定壓痕對(duì)角線的尺寸，對(duì)試驗(yàn)的表面粗糙度有一定要求：布氏硬度試

35、驗(yàn)的試樣不在大于艮0.8 口；維氏硬度試驗(yàn)表面粗糙度不大于 R0.4四顯微硬度試驗(yàn)的試樣則不大于 R0.2呵，一般應(yīng)按金相試 樣要求制備。2、試樣制備過程中應(yīng)盡量避免由于冷熱加工而影響表面硬度。三、實(shí)驗(yàn)條件（一）硬度計(jì)。布氏、洛氏、維氏及顯微硬度計(jì)各一臺(tái)或若干臺(tái)。（二）讀數(shù)顯微鏡。最小分度值為0.01mm兩臺(tái)。（三）標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。不同硬度試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)二等硬度塊各一套。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）了解各種硬度計(jì)的構(gòu)造、原理、使用方法、操作規(guī)程和安全注意事項(xiàng)。（二）對(duì)各種試樣選擇合適的試驗(yàn)方法和儀器， 確定實(shí)驗(yàn)條件。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)和試樣條件選擇壓 頭、載荷（砝碼） ，根據(jù)試樣形狀更換試驗(yàn)臺(tái)。（三）用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊校

36、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±3（布氏）或±（ 1%1.5 %）（洛氏）。（四）試樣支撐面、工作臺(tái)和壓頭表面應(yīng)清潔。試樣平穩(wěn)地放在工作臺(tái)上，保證試驗(yàn) 加載過程中不發(fā)生移動(dòng)和翹曲， 試驗(yàn)力平穩(wěn)地加在試樣上， 不得造成沖擊和震動(dòng)， 施力方向 與試樣表面垂直。保持載荷規(guī)定的時(shí)間（對(duì)布氏、 維氏硬度， 卸去載荷后用計(jì)數(shù)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、實(shí)驗(yàn)報(bào)告按實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式及所要求的內(nèi)容完成。實(shí)驗(yàn)五：材料沖擊性能實(shí)驗(yàn)及低溫韌性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)類型：綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┱莆粘丶暗蜏叵陆饘俚臎_擊試驗(yàn)

37、方法。（二）學(xué)會(huì)用斷口分析方法判斷金屬韌脆轉(zhuǎn)化溫度Tc的方法。（三）了解沖擊試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造、使用和沖擊試樣的要求。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段結(jié)構(gòu)材料在靜的載荷下發(fā)生破壞，沒有在動(dòng)載荷或沖擊載荷下發(fā)生破壞那么常見。金屬材料的沖擊試驗(yàn)是測(cè)定在動(dòng)載荷條件下金屬材料的破斷屬性的試驗(yàn)方法。通常所說的沖擊試驗(yàn)指一次沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)是在苛刻的受力狀態(tài)下進(jìn)行的：（1）加載速度非常高，因而有沖擊的特點(diǎn)。（2）多數(shù)情況下試樣開有缺口，缺口周圍的高的應(yīng)力集中及硬的應(yīng)力狀態(tài)，妨礙材料 的塑性流變。（3）有時(shí)候還在低溫進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，低溫提高了材料的變形抗力。沖擊試驗(yàn)時(shí)的材料特性在硬度試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)等準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)中不一

38、定能夠反映出來。上曾經(jīng)嘗試過拉伸沖擊、扭轉(zhuǎn)沖擊、彎曲沖擊等多種加載方式的試驗(yàn)方法，最后得到廣泛應(yīng)用的是彎曲沖擊試驗(yàn)方法。它的試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、 操作方便，并且能夠表現(xiàn)材料內(nèi)部較微小的材質(zhì)變化。目前進(jìn)行沖擊試驗(yàn)普遍采用棟梁式彎曲加載方法。它的試樣形式因材料而異。 脆性材料如鑄鐵、粉末冶金材料、 高速工具鋼、軸承鋼等使用無缺口試樣，以黑色金屬為主的結(jié)構(gòu)材料的試樣多采用 V形缺口的外形尺寸為 10mmK lOmnX 50mm勺試樣。V形缺口的缺口根部半 徑小，有強(qiáng)烈的缺口應(yīng)力集中效應(yīng)， 對(duì)材料的微小變化反應(yīng)敏感，更適合結(jié)構(gòu)鋼脆性行為的檢驗(yàn)。然而這種試樣的加工要求嚴(yán)格，缺口的尺寸稍有變化就會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果

39、。試驗(yàn)的原理是用擺錘將固定靠放在穩(wěn)定支架上的試樣一次沖斷。擺錘擁有的能量足以把試樣一次折斷， 利用擺錘沖斷試樣后回升到高度與原來提升高度之差計(jì)算出試樣破壞期間吸收的能量。沖擊功是擺錘沖斷試樣后回升角度余弦的函數(shù)A=W-PH= W-PL（l-cosa）式中A沖斷試樣所消耗的功，J;W擺錘釋放前擁有的勢(shì)能，J;P擺錘重力，N;L擺錘至擺錘旋轉(zhuǎn)中心的距離，m;a沖斷試樣后擺錘回升的角度，（°）。四、實(shí)驗(yàn)條件（一）試驗(yàn)機(jī)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的容量有300J、150J、100J和50J幾種。應(yīng)當(dāng)事先估計(jì)材料的斷裂能量大小選擇試驗(yàn)機(jī)的容量。本試驗(yàn)采用 JBD-300B 低溫沖擊試驗(yàn)機(jī)設(shè)備主要參數(shù)如下：擺錘沖擊能量300J和 150J （兩個(gè)擺錘互換互換）擺錘力矩100.7965N?口和 80.3848N?m擺錘預(yù)仰角150o擺錘旋轉(zhuǎn)中心至沖擊點(diǎn)（試樣中心）的距離750mm沖擊速度5.2m/s試樣支座跨距今40mm試樣支座端部圓弧半徑1 15mm支座支撐面傾角落0o沖擊刀夾角30o沖擊刀厚度16mm沖擊溫度范圍常溫-60 C均溫區(qū)范圍3