實(shí)驗(yàn)一金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)一、金屬材料的硬度試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康牧私庥捕葴y(cè)定的根本原理及應(yīng)用范圍。了解洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的主要構(gòu)造及操作方法。二、試驗(yàn)原理硬度是金屬材料局部抵抗硬物壓入其外表的力氣或金屬材料外表抵抗局部塑性變形的力氣。硬度測(cè)量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。硬度值越高，說明金屬抵抗塑性變形的力氣越大，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)σb及塑性指標(biāo)ψ和δ〕之間有著確定的內(nèi)在聯(lián)系【低碳鋼σb≈0.36HB，高碳鋼σb≈0.34HB，合金調(diào)質(zhì)鋼σb≈0.36HB，灰鑄鐵σb≈0.1HB】。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性能及壽命具有打算性意義。測(cè)量硬度的方法主要有壓入法、回跳法和刻劃法三大類：的不同，壓入硬度主要有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。公式示意圖HBS(HBW)=P/A的不同，壓入硬度主要有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。公式示意圖HBS(HBW)=P/AHR=〔k-h〕 Hv=0.102F/A=18.173×P/d2/0.002儀器布氏硬度洛氏硬度維氏硬度顯微硬度測(cè)〔硬質(zhì)合金、有合金中不同相、表試材料的鋼鐵〕色金屬、調(diào)質(zhì)鋼等1000N〕；〔2〕較薄工件、工具外表或鍍層〔P=1.961～49.03N〕〔3〕金屬箔類〔P<1.961N，顯微硬度〕面硬化層、化學(xué)熱處理滲層、鍍層及金屬箔材原淬火鋼球〔HBS，適用HB<450〕或硬測(cè)定壓痕深度同布氏硬度理〔HBW,適用450≤HB≤650〕來表示材料的夾角為136o的四棱錐體金剛石壓頭(P=0.01~0.2kgf)壓入被測(cè)材料外表，一段時(shí)間后卸荷。硬度值②回跳硬度：主要用于金屬材料，方法是使用一特制的小錘從確定高度自由下落沖擊被測(cè)材料的試樣，并以試樣在沖擊過程中的儲(chǔ)存〔繼而釋放〕應(yīng)變能的多少〔通過小錘的回跳高度測(cè)定〕確定材料的硬度。③劃痕硬度：主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是使用一端硬一端軟的棒，將被測(cè)材料沿棒外表劃過，依據(jù)消滅劃痕的位置確定被測(cè)材料的軟硬。定性地說，硬物體劃出的劃痕長，軟物體劃出的劃痕短。在機(jī)械工業(yè)中廣泛承受壓入法來測(cè)定硬度。壓入法硬度試驗(yàn)的主要特點(diǎn)是：試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)最軟〔即最大切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大正應(yīng)力〕，因而不管是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)之間存在如下近似關(guān)系：σ=K×HBσbσb：材料的抗拉強(qiáng)度值；HB：布氏硬度值；K：系數(shù)退火狀態(tài)的碳鋼K＝0.34~0.36合金調(diào)質(zhì)鋼K＝0.33~0.35有色金屬合金K＝0.33~0.53就在于此。硬度測(cè)量后由于僅在金屬外表局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn)。硬度值對(duì)材料的耐磨性、疲乏強(qiáng)度等性能也有確定的參考價(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，其緣由就在于此。硬度測(cè)量后由于僅在金屬外表局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn)。莫氏硬度筆〔對(duì)應(yīng)材料鑲嵌在筆頭1824年由德國礦物學(xué)家莫斯(FrederichMohs)首先提出。應(yīng)用劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試礦物的外表而發(fā)生劃痕,1滑石(Talc〔硬度最小2(Gypsum，3方解石(Calcite，4螢石(Fluorite，5磷灰石(Apatite)，6正長石(Feldspar;Orthoclase;Periclase)，7石英(quartz)，8黃玉(topaz)，9剛玉(corundum)，10金剛石(diamond)。1.洛氏硬度測(cè)試法洛氏硬度試驗(yàn)的根本原理洛氏硬度測(cè)試法是目前應(yīng)用最廣泛的硬度試驗(yàn)方法。洛氏硬度試驗(yàn)的原理和布氏的不同在于：它不是以測(cè)量壓痕的面積來計(jì)算硬度，而是依據(jù)壓痕深度來確定硬度值指標(biāo)。一般洛氏硬度機(jī)不需要直接測(cè)量壓痕深度，其值可由刻度盤上的指針指示出來〔或液晶顯示屏顯示〕。洛氏硬度測(cè)定時(shí)，在規(guī)定條件下，將壓頭〔頂角為120°的金剛石圓錐或直徑為1/16“〔1.588mm〕的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球在初試驗(yàn)力下測(cè)量壓痕剩余深度h，然后依據(jù)壓痕的深度確定被測(cè)金屬材料硬度值的方法稱為洛氏硬度測(cè)試法，具體過程如下：圖1 洛氏硬度試驗(yàn)原理圖10-0位置為未加載荷時(shí)的壓頭位置，1-110Kgf預(yù)加載荷后的位置，h，2-2位置為加上主載荷后的位置，此時(shí)壓入深度為h，h包括由加載1 2 2所引起的彈性變形和塑性變形，卸除主載荷后，由于彈性變形恢復(fù)而稍提高到3-3位置，h此時(shí)壓頭的實(shí)際壓入深度為。洛氏硬度就是以主載荷所引起的剩余壓入深度〔h=h-h〕h3 3 1來表示。但這樣直接以壓入深度的大小表示硬度，將會(huì)消滅硬的金屬硬度值小，而軟的金屬硬度值大的現(xiàn)象，這與布氏硬度所標(biāo)志的硬度值大小的概念相沖突。為了與習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念相全都，承受一常數(shù)〔k〕減去〔h-h〕的差值表示硬度值。為簡(jiǎn)便起3 1HR=〔k-h〕/0.002HR=〔k-h〕/0.002(h=h-h)3 1式中：h 預(yù)加載荷壓入試樣的深度〔mm〕；1h 卸除主載荷后壓入試樣的深度〔mm〕；k------常數(shù)，承受金剛石圓錐時(shí)k------常數(shù)，承受金剛石圓錐時(shí)k＝0.2mm〔用于HRA、HRC〕；承受鋼球時(shí)k＝0.26mm〔用于HRB〕。因此上式可改為：

hh

hhHRC〔或HRA〕＝1003

；HRB＝1303 10.002 0.002洛氏硬度測(cè)試法測(cè)硬度簡(jiǎn)便、快速、壓痕小，可測(cè)定的材料范圍廣。但由于壓痕小，對(duì)組織比較粗大且不均勻的材料，所測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，因此，需要在試樣上測(cè)定三點(diǎn)取其平均值。硬度反映材料的耐磨性，也是金屬材料的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。由于洛氏硬度試驗(yàn)所用的試驗(yàn)力較大，不易用于測(cè)定極薄試樣及滲碳層、金屬鍍層的硬度，因此可在洛氏硬度試驗(yàn)原理的根底上，通過減小試驗(yàn)力，提出了外表洛氏硬度的試驗(yàn)方法。外表洛氏硬度6種，可參見我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB1818-1994《金屬外表洛氏硬度試驗(yàn)方法》國家標(biāo)準(zhǔn)及其修訂標(biāo)準(zhǔn)。3種試驗(yàn)力，39種組合，對(duì)應(yīng)于洛氏硬度的99個(gè)標(biāo)尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎全部常用的金屬材料。其中以HRA、HRB和HRCHRAHRBHRC中的ABC為三種不同的標(biāo)準(zhǔn)，A標(biāo)尺、B標(biāo)尺、C98.07N〔10kgf〕【千克力就是1N=0.102kgf1kgf=9.8N計(jì)算硬度值。標(biāo)尺A使用的是球形菱形壓頭，然后加壓至588.4N〔60kgf〕；標(biāo)尺B使用1/16“〔1.588mm〕的淬火鋼球，然后加壓至1471N〔150kgf〕，因此標(biāo)尺B適CHRC標(biāo)尺用于測(cè)試淬火鋼、HRB標(biāo)尺用于HRA標(biāo)尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實(shí)際上一般只限于測(cè)試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。依據(jù)金屬材料軟硬程度不一，可選用不同的壓頭和載荷協(xié)作使用。標(biāo)尺符號(hào)/壓頭/N(kgf)F主試驗(yàn)標(biāo)尺符號(hào)/壓頭/N(kgf)F主試驗(yàn)F有用范圍應(yīng)用范圍1HRA120o金剛石圓錐碳化物、硬質(zhì)合金、淬火工具鋼、淺層外表硬化層HRB1.588mm鋼球HRC120o金剛石圓錐軟鋼〔退火態(tài)、低碳鋼正火態(tài)、鋁合金淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層外表硬化層060105060～85100109025～1001501014020～67表注：(1)120°+30”0.21±0.01mm(2)10公斤洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造和操作1、接通電源，開機(jī)，有‘滴，滴’兩聲提示音2、設(shè)置試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)〔3〕，最終得到平均值3、設(shè)置標(biāo)尺：HRA，HRB，HRC4、設(shè)置保荷時(shí)間〔5s〕61選擇留意：變換試驗(yàn)力時(shí)，必需處于卸荷狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)變荷手把選擇試驗(yàn)力。7、安裝壓頭：螺釘松開再擰緊，即可消退。8、開頭測(cè)試：試樣平穩(wěn)放置在工作臺(tái)上，在試驗(yàn)過程中不應(yīng)發(fā)生移動(dòng)現(xiàn)象。按下啟動(dòng)按鈕，LCD下方顯示‘加初試驗(yàn)力’，然后旋轉(zhuǎn)手輪將工作LCD上方的進(jìn)度條消滅可停頓旋轉(zhuǎn)，LCD下方顯示‘穩(wěn)定中’。接著系統(tǒng)自動(dòng)開頭加荷直到主試驗(yàn)力，并顯示硬度值。(b)操作，得到一個(gè)平均硬度值。留意事項(xiàng)：

3mm試樣外表需平坦光滑，不得帶有油、氧化皮、裂縫、凹坑等?？杉?xì)砂輪或砂紙將工150oC。并使被測(cè)外表與壓頭保持垂直。依據(jù)被測(cè)金屬材料的硬度凹凸，按表1選擇壓頭、載荷。試樣厚度應(yīng)不小于壓痕深度的10倍。兩相鄰壓痕中心距離及壓痕中心至試樣邊緣的3mm。加載時(shí)力的作用線必需垂直于試樣外表。三、設(shè)備及試樣