洛氏硬度.doc

钢材质量检验单元教学设计一、 教案头课题：洛氏硬度试验教材：冶金工业出版社出版的钢材质量检验，页码111-113页。授课班级15冶金技术课时：2学时授课类型：实训课教学目标能力（技能）目标知识目标素质目标能够运用洛氏硬度计检测钢的硬度。掌握钢的洛氏硬度及洛氏硬度测试方法。通过分组训练培养学生的团队协作能力；通过任务训练培养学生的动手操作能力；通过试验结果分析培养学生分析问题的能力。重难点洛氏硬度计的操作。能力训练任务及案例配备钢的洛氏硬度试验所需的实训用具和标样，学生依据资料中的要求，分组进行洛氏硬度测试，根据测试结果分析影响钢材硬度因素。作业结合工程应用举例说说金属的硬度与切削加工工艺之间关系。课后小结二、 教学过程设计步骤教 学 内 容教学方法教学手段学生活动时间分配告知告知本次课的教学内容及教学目标。教师讲授教师讲授学生复习2分钟引入为什么要检验金属的硬度，硬度在工程应用中的广泛性和重要性。教师讲解 PPT展示学生了解3分钟资讯硬度的几种测试方法，金属的洛氏硬度检验方法及操作要领。布置训练任务，提出要求，明确教学评价标准。教师演示演示法学生掌握10分钟计划决策小组讨论，明确任务总量，组长依据各人专长给组员分配任务任务驱动小组竞赛学生理解2分钟实施各组依据任务单上的要求，完成本组硬度块的洛氏硬度测试，并对测试结果进行分析，教师从旁指导。任务驱动教师指导学生讨论20分钟检验各小组以竞赛的形式，分别上台展示本组的测试结果。竞赛法小组展示学生展示6分钟评价教师给出标准结果做评分依据。小组互评，小组自评打分，教师评价。评价小组自评互评，教师评价。学生评价6分钟总结总结本次课所学金属的洛氏硬度测试方法及应用。教师总结教师讲授学生理解3分钟3、 讲义1.金属的硬度试验硬度是表示材料表面一个小区域内抵抗塑性变形或破坏的能力，它反映材料在力的作用下的最大承载能力。一般情况下，金属的硬度值越高，其承载能力越强。钢铁材料一般用作结构材料或工具材料，承载能力是其最基本的性能要求。表征金属承载能力的参量有两种:强度和硬度。与拉伸试验测强度相比，硬度试验更简便迅速，且该试验方法可以在工件表面直接进行，无需单独取样，不受生产进度或其它因素的影响。因而，该方法已被广泛应用于工程生产和科学研究中。钢的硬度检验有多种，目前已被标准化且广泛应用的主要有布氏硬度试验、洛氏硬度试验和维氏硬度试验。具体参照国家标准：GB/T2311998金属布氏硬度试验、GB/T2301998金属洛氏硬度试验和GB/T43401998金属维氏硬度试验中的规定进行。本次课我们主要学习布氏硬度测试方法。2.洛氏硬度的原理相对布氏硬度试验来说，洛氏硬度试验法的操作更简便迅速，且压痕小，可直接在工件表面或较薄金属上实行。因而，洛氏硬度法是目前工厂生产检验中应用最广的硬度试验方法。洛氏硬度试验的原理是一个顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588mm（1/16英寸）的淬火钢球为压头，在规定的载荷作用下压入被测金属表面，然后根据压痕深度来确定试件的硬度值。上图表示金刚石圆锥压头的洛氏硬度试验原理。试验时，先加初载荷98.07N（10kgf），使压头紧密接触试件表面，此时压力深度为h1，然后加主载荷，继续压入金属中，待总载荷（初载荷+主载荷）全部加上并稳定后，将主载荷去除，由于被测试件金属弹性变形的恢复，压头压入深度是h3，压头在主载荷作用下压入金属中的塑性变形深度就是h（h=h3-h1），并以此来衡量被测金属的硬度。显然，h越大，金属的硬度越低；反之，硬度越高。考虑到数值越大硬度越大的习惯，故采用一个常数K减轻h来表示硬度高低，并用每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位，由此获得的硬度值称为洛氏硬度，用HR表示，即HR=式中，K为常数，用金刚石圆锥压头，K=0.2mm；用淬火钢球压头时，K=0.26.由此获得的洛氏硬度值HR只表示硬度高低而没有单位，试验时，可由硬度计的指示器上直接读出。根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，测得的硬度值分别用不同的符号来表示。三种常用的洛氏硬度符号、试验条件和应用列于下表.3. 洛氏硬度计的基本构造常用洛氏硬度试验计构造如下图所示，其主要部件包括：机体和工作台、加载机构、千分表指示盘。试验时，将符合要求的试样置于试样台上，顺时针旋转手轮，使试样与压头缓慢接触，直至表盘小指针指到“0”为止，此时已加预载荷98N（10kgf）。然后将表盘大指针调整至零点（HRA、HRC零点为0，HRB零点为30）。按下按钮，平稳地加上主载荷。表盘中大指针反向旋转若干格后停止，持续几秒（视材料软硬程度而定），之后再顺时针旋转摇柄，直到自锁时，即卸去主载荷。此时大指针退回若干格，最后由表盘上可直接读出洛氏硬度值（HRA、HRC读外圈黑刻度，HRB读内圈黑刻度）。上述洛氏硬度试验法应在试样的平面上进行，若在曲率半径较小的柱面或球面上测定硬度时，应在测定的硬度值上，再加上一定的修正值，曲率半径越小，修正值越大。修正值的大小可由GB/T230.1-2004中查得。洛氏硬度的表示方法：硬度数值直接写在HRA、HRB或HRC的后面。例如：某低碳钢的洛氏硬度测试值为48，选择的HRC标尺，表示为HRC48.4. 洛氏硬度的测试步骤（1）调整工作台，将好标准硬度块平放在洛氏硬度机的工作台上。（2）按标准要求选择合适的洛氏硬度标尺符号，系统会自动调整压头和试验力。（3）启动试验机开始硬度测试，每次至少测试三个点，取平均值作为洛氏硬度值。（4）测试完毕后，降下工作台，取下试样。（5）按标准要求对测试结果进行修约，记录洛氏硬度值。5. 洛氏硬度的应用 金属的硬度与强度一样，是反映其在静力条件下的最大承载能力的主要依据，它是工程设计和选材的主要依据，在工程上有广泛的应用。一般碳钢的硬度较低，主要用作要求不高的建筑材料；而淬火、中温回火后的合金钢其硬度远远高于普通钢，用于受力集中的螺母螺栓等紧固件，其加工制造也相对困难，需要用淬火钢或硬质合金作刀具。4、 训练任务1.任务名称：钢的洛氏硬度测试2.任务要求：小组长明确分工，组内协助完成任务。 工作细致认真，能熟练操作洛氏硬度计。 测试结果分析要思路清晰，任务单填写要求工整整洁。 小组展示语言要大方得体，小组评价时要客观公正。3.实训用具：标准硬度块3块、洛氏硬度计、纱布、酒精。4.操作步骤：（1）用棉纱布沾取少许酒精擦拭标准硬度块表面，至表面干净整洁。（2）按标准要求选择合适的布氏硬度计的压头，将压头平整的安装在布氏硬度计的端头。（3）在试验机的操作界面上设置压头类型、压头尺寸D、试验力F、保压时间t。启动试验机开始硬度测试。（4）测试完毕后，降下工作台，取下试样。用目测显微镜测试压痕直径d，利用自动测试软件计算其布氏硬度值。（5）按标准要求对测试结果进行修约，将修约后的结果记录在实训任务单的相应位置。（6）各组派代表上讲台展示本组的测试结果，并简要分析数据或结果的处理过程。（7）教师给出标准值和评分标准，学生完成组内自评、小组互评。（8）教师对本次训练项目和知识点做总结，布置下次课的任务。参考资料：GB/T2311998金属布氏硬度试验5.实训任务单本次实训将学生分为三组，测试20#、45#、60#钢标准块的硬度，并简要分析钢的硬度与碳含量之间的关系。第一组：序号试样厚度（mm）试验力（kgf）钢球直径（mm）保压时间（s）硬度值20#钢345#钢460#钢6结论组长： 组员： 总分： 第二组：序号试样厚度（mm）试验力（kgf）钢球直径（mm）保压时间（s）硬度值20#钢345#钢460#钢6结论组长： 组员： 总分： 第三组：序号试样厚度（mm）试验力（kgf）钢球直径（mm）保压时间（s）硬度值20#钢345#钢460#钢6结论组长： 组员： 总分： 5、 教学评价教师给出评分标准。各小组进行小组间互评、小组内自评打分，教师做整体评价。具体评分标准如下：序号内容考核要求评分标准分值自评互评教师评价总分（自评30%+互评30%+教师评价40%）1硬度块的处理试验前，对硬度块进行必要的处理硬度块表面处理得当,加分。102测试点的选取正确选取测试点按标准要求正确选取测试点,加分。103试验力选择正确设置试验力按标准要求正确设置试验力,加分。104钢球直径选择正确选用一定直径的钢球按标准要求正确选用一定直径的钢球，加分。105保压时间选择正确设置保压时间按标准要求正确设置保压时间，加分。106测试结果处理修约测试结果。按标准要求正确修约测试结果,加分。107硬