附录二 硬度计的使用.doc

附录二 硬度计的使用一 概述硬度是指一种材料抵抗另一较硬的具有一定形状和尺寸的物体（金刚石压头或钢球）压入其表面的阻力。由于硬度试验简单易行，又无损于零件，因此在生产和科研中应用十分广泛。另外，硬度和抗拉强度之间有近似的正比关系：bKHB10MN/m2。式中K为系数，对不同材料和不同热处理状态K值不同。例如，碳钢的K值为0.36，调质状态的合金钢为0.34，铸铝为0.26。表2.1各种硬度值的符号、试验条件及应用试验类型试验力硬度值符 号压 头测量范围测量装置测试材料举例初试验力总试验力洛氏硬度试 验98588HRA金刚石圆锥压头7085光学测量指示机构硬质合金、渗碳钢1471HRC2067淬火钢、调质钢、硬铸铁980HRB1.588mm钢球压头30100软钢，铝合金，铜合金，可锻铸铁布氏硬度试 验306HB2.5、5mm钢球压头4450测 量显微镜有色金属，铸铁，软合金，塑料6131839维氏硬度试 验294HV30金刚石角锥体压头141000测 量显微镜金属合金的表面硬度，渗碳层，小型、薄型零件588HV60980HV100常用的硬度试验方法有: 布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验三种。本实验采用的仪器是上海材料试验机厂生产的HBRVU-187.5型布洛维硬度计。该仪器具有多种试验力和多种压头见表2.1，用于测定金属材料或试件的布氏、洛氏和维氏硬度。适用于黑色金属（钢材、铸铁件、软钢、淬火钢等）和有色金属（铝合金、铜合金等）的硬度测定，并可测定硬质合金、渗碳层和化学处理层的硬度。本试验重点介绍最常用的洛氏硬度试验法。二 硬度试验原理1布氏硬度试验原理用载荷P把直径为D的钢球压入试件表面，并保持一定时间，而后卸除载荷，测量钢球在试样表面上所压出的压痕直径D，从而计算出压痕(球冠)的面积F,然后再就算出单位面积所受的力（P/F）,用此数字表示试件的硬度值，即为布氏硬度值，用符号HB表示。布氏硬度试验原理如图2.1所示。设压痕深度h,则压痕(球冠)的面积F为： 图2.1 布氏硬度试验原理示意图由于金属材料有硬有软，工件有厚有薄，有大有小，为适应不同的情况，可以采用不同直径的钢球和不同大小的载荷进行试验。当采用不同直径的钢球和不同大小的载荷进行布氏硬度试验时，只要能满足P/D2为常数，则同一材料测得的布氏硬度值是相同的。而不同材料所测得的布氏硬度值也可以进行比较。国家标准规定P/D2比值为30，10，2.5三种。根据金属材料种类、试样硬度范围和厚度的不同，按表2.2中的规范选择钢球直径、载荷及保荷时间。在试样厚度和截面大小允许的情况下，尽可能选择直径大的钢球和大的载荷，这样更易反映材料性能的真实性。另外，由于压痕大，测量的误差也小。将测量的压痕直径查工程材料有关手册中的压痕直径与布氏硬度对照表，即可得到试样的布氏硬度值。布氏硬度值的表示方法为：若用5mm直径钢球，在250kg载荷下保持30s，测得布氏硬度值为100时，可表示为HB5/250/30=100。表2.2布氏硬度试验规范材料硬度范围HBP与D之间的关系钢球直径D(毫米)总试验力P（N）保荷时间黑色金属14045P=30D2102942110573552.51839140P=10D210980710524522.5613有色金属130P=30D2102942130573552.5183936130P=10D210980730524522.56131670P=5D210490460512262.5306835P=2.5D21024526056132.5153417P=1.25D21012266053062.5762. 洛氏硬度试验原理洛氏硬度试验，是用特殊的压头（金刚石压头或钢球），在先后施加两个载荷(预载荷和总载荷)的作用下压入金属表面来进行的。总载荷P为预载荷P0和主载荷P1之和，即P=P0+P1。洛氏硬度值是施加总载荷P并卸除主载荷P1后，在预载荷P0继续作用下，由主载荷引起的残余压入深度e来计算（图2.2）。图2.2中，h0表示在预载荷P0作用下，压头压入被测试样的深度；h1表示施加总载荷P并卸除主载荷P1但仍保留预载荷P0时，压头压入被测试样的深度。深度差e= h1h0，该值用来表示被测试样硬度的高低。在实际应用中，为了使硬的材料得出的硬度值比软的材料得出的硬度值高，以符合一般的习惯，将被测材料的硬度值用公式加以适当变换。即式中：HR - 洛氏硬度值；e - 压痕残余深度（mm）。使用金刚石压头时按式（1）计算；使用钢球压头时按式（2）计算。因所用压头和载荷不同，洛氏硬度分为：HRC、HRB和HRA三种(见表2.1)。HR为标注洛氏硬度的符号。当采用金刚石压头及150的总载荷试验时，应标注HRC；采用钢球压头及100的总载荷试验时，应标注HRB。HR为一无名数，测量时可直接由硬度计投影屏上读出(见图2.2)。90100 固定标线5060 2030 标尺基线图2.2洛氏硬度测量原理示意图三 硬度计的构造及硬度计的使用方法硬度计的构造如图2.3。实验前的准备工作：1.接通电源，根据试验方法，开启开关。2.被测试件的表面应平整光洁，不得带有污物、氧化皮、裂缝、凹坑等显著的加工痕迹。试件的支撑面和试台也应清洁，保持良好的密合。3.根据试件的形状，选用合适的试台。若试件异样，本硬度计所附的试台不能满足要求，则应根据试件的几何形状，自行设计制造专用试台。4.将硬度计的加卸试验力手柄按逆时针方向拉向前方，使试验力处于卸荷状态。89101112131476543211.读数投影屏 2.测量显微镜 3.微调旋钮 4.压头 5.试件6.溜板试台7.升降旋轮 8.光源调节手轮 9.缓冲器调节手轮 10.加载试验力手柄 11.变试验力手轮 12.电源插座 13.保险丝座 14.电源开关图2.3 HBRVU-187.5型布洛维硬度计结构外形图试验步骤：1.根据硬度试验方法，选择压头（表2.1），将压头柄插入测杆轴孔中，轻微拧动固定螺钉。2根据硬度试验方法，选择总试验力，顺时针转动变试验力手轮12，使所需总试验力数字对应于固定刻线。注：当使用294N总试验力时，应断开后盖，取下“0”号小砝码，在选择其余各级总试验力时，该小砝码仍放原来位置。3将试件稳妥地放置在试台上，然后转动升降丝杠的旋轮，使升降丝杠上升，当试件与压头接触，投影标尺应上升，最后使标尺基线与投影屏固定标线接近重合，可相差5个分度值，停止上升。4 微调旋钮调节使标尺基线与投影屏固定标线完全重合。若旋钮已转到极限位置，两线仍不能重合，则应卸去预载荷，并将微调旋钮转至中间位置，在试样上另选点重复上述操作。5 加卸力试验手柄以顺时针方向推向前，使主载加在试样上。此时投影屏上显示出的标尺刻线由上而下地移动，直至标尺停止下降，开始计算保荷时间。待保荷时间到，再扳动手柄到原位置，保持初试验力。6 在保持初试验力的情况下，根据投影屏上的指示标尺基线于固定标线的读数值，即是被测试件的洛氏硬度值。读取硬度值后即可下降丝杠，卸除初试验力，使试件脱离压头，移动一个位置重复上述试验。其中布氏、维氏硬度试验根据以上步骤完成之后，还需将上溜板与试件一起移至显微镜下，逐步微调上升丝杠，对准焦距，使