實驗五金屬硬度實驗

實驗五金屬硬度實驗第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六實驗目的

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、應用范圍及選用原則；3學會正確使用各種硬度計及它們之間的換算關系。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六二概述sayall硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標，是金屬材料表面在接觸應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)中被廣泛應用。第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六表5—1金屬硬度實驗方法國家標準及使用范圍標準編號標準名稱使用范圍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4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六由于各種硬度實驗方法和所根據的原理各有不同，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確的互換關系。而現存的換算表是根據同類材料在相同狀態(tài)下和一定硬度范圍內進行比較實驗的數據，經過分析比較，而歸納出來的經驗關系，有其一定的實用價值。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六（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）的淬火鋼球或硬質合金球，以規(guī)定的實驗力P（Kgf或N）壓入試樣表面，經規(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6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六HB=P/F凹根據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7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六由于測量壓痕直徑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8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六式中只有d是變數，故只需測出壓痕直徑d，根據已知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。為了得到統一的、可以相互進行比較得數值，必須使P和D之間維持某一比值關系，以保證所得的壓痕形狀的幾何相似關系，其必要條件就是使壓入角φ保持不變。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六兩個不同直徑的壓頭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也應保持為常數。

第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六2、布氏硬度測定的技術要求

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）壓痕應距試樣邊緣＞D（鋼球直徑），兩壓痕之間的距離＞2D。第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六（3）測定壓痕直徑時，應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12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六（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載（初負荷PO及主負荷P1）的條件下，將標準壓頭壓入試樣表面來進行的。標準壓頭有兩種，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。根據材料軟硬程度不一，可選用不同的壓頭和載荷配合使用。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六采用不同的壓頭和總負荷組成不同的洛氏硬度標度，其中最常用的HRA,HRB,HRC,其試驗規(guī)范及應用范圍見表5—1。符號壓頭總負荷（KG）讀盤測量范圍(HR)應用實例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，硬質合金，滲碳層有色金屬，退火正火鋼淬火，調質鋼第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六（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，也是根據壓痕單位面積上的載荷來計量硬度值的。第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六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除以表面積的數值表示維氏硬度HV.第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六載荷P可以從1Kg~100Kg范圍內根據試樣大小，厚薄進行選擇。壓痕對角線長度是用附在目鏡上的測微計進行測量的。應測量兩條對角線，并求其算術平均值作為壓痕對角線長度d，然后用公式計算或根據d值和負荷查表獲得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荷下所得壓痕的幾何形狀都是相似的，而且當材料硬度一定時，P與d2成比例的變化。結果使材料的硬度與負荷大小無關。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六維氏硬度的操作：（1）根據試樣的厚度和硬度范圍在1~100Kgf之間選擇負荷，在允許范圍內盡可能選擇較大的載荷，以提高測量的準確性，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18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六3、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，以及進行微區(qū)性質分析。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，當負荷較小時壓痕因彈性恢復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19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六顯微硬度試驗的操作：試樣應按試樣磨片一樣精心制備，將試樣平穩(wěn)地放在工作臺上，再光學系統中進行調焦。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）。轉動加載手柄，加栽。第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六保持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），然后轉動目鏡鼓輪，使十字線對準壓痕的另一個棱邊（如圖5—3），兩次讀數之差，即為壓痕對角線長度的格數。第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六顯微硬度計有兩個物鏡（F6.16和F23.2），一個目鏡（15X）。放大倍數為485X和130X。用壓痕對角線的格數乘以放大倍數的系數，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22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六三實驗步驟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鋼因淬火不足產生的鐵素體、馬氏體的顯微硬度值（示范表演）。第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六四實驗報告experimentsreport1實驗目的2附上所測的各種材料的洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度的實驗結果。3查表找出各種硬度值之間的換算關系。第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六五思考題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)缺點和應用范圍，并說明影響試驗結果精確度的因素。