实验一硬度实验

1、实验一 硬度实验指导书 一、实验目的1了解利用压入法测定硬度的基本原理及应用。2学会布氏、洛氏、维氏硬度的测量方法。3了解布氏、洛氏、维氏硬度计的结构、工作原理及操作方法。4掌握布氏、洛氏、维氏硬度的应用范围。二、实验试样材料淬火钢、退火钢、铸铁、有色金属试样若干。三、实验概述硬度试验设备简单，操作迅速方便，不需要专门制备试样，也不破坏被测试的工件。因此，在工业生产中，被广泛应用于产品质量的检验。此外，硬度值与其他机械性能及某些工艺性能（如切削加工性、冷成型性等）都有一定的联系，故在产品设计图纸的技术条件中，硬度是一项主要技术指标。目前，在测定硬度的方法中，最常用的是压入法。压入法又

2、分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。1、压入法硬度试验的主要特点是：1) 无论是脆性材料还是塑性材料，均可采用此法测定其硬度；2) 此种硬度值同其它机械性能指标间存在着一定的近似关系：b=K·HB式中：b 材料的抗拉强度值；HB布氏硬度值；K 系数；退火状态的碳钢K=0.340.36；合金调质钢K=0.330.35；有色金属合金K=0.330.53。3）硬度值对材料的耐磨性，疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此；4）硬度测定由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适

3、合于成品检验；5）设备简单，操作迅速方便。2.测试方法 1）布氏硬度（HB）金属布氏硬度试验按GB23184金属布氏硬度试验方法进行，用一定直径D的钢球或硬质合金球作压头，以相应的试验力F压入试样（如图1a），经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径d，求出压痕面积S凹计算出平均应力值，以此为布氏硬度值的计量指标，并用符号HB表示。 图1  布氏硬度试验原理图布氏硬度公式 kg / mm2 式中：F 载荷（kg·f）常为3000、750、187.5三种S凹 压痕面积（mm2）D 钢球直径（mm）常有10、5、2.5三种d 压痕直径（mm）h 压痕深度（m

4、m）由于金属材料的软硬不同，厚薄不同，若只采用同一种载荷（如3000kgf）和钢球直径（10mm）时，则硬的金属适合，而对极软的金属就不合适，会发生整个钢球陷入金属中的现象，若对于厚的工件适合，则对于薄件会出现压透的可能，所以测定不同材料的布氏硬度值，就要求有不同的载荷F和钢球直径D。2）洛氏硬度（HR）金属洛氏硬度试验按GBT2301991金属洛氏硬度试验方法进行。用金刚石圆锥或淬火钢球作压头。在初试验力及总试验力的先后作用下压入试样表面，经规定保持时间后，卸除总试验力，在保留初试验力作用下，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度值，可从洛氏硬度计的指示器上直接读出。其试验原理如图2所示，洛氏硬

5、度试验所用压头有两种：一种是顶角为120°的金刚石压锥，另一种是直径为（1.588mm）或（3.175mm）英寸的淬火钢球。根据金属材料软硬程度不同。可选用不同压头和载荷配合使用，最常见的是HRA、HRB、HRC。这三种洛氏硬度的压头，负荷及使用范围列于表2。洛氏硬度测定时需要先后施加二次载荷（预载荷F1和主载荷F2），预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好以保证测量结果准确。图2中a为加上10kgf预加载荷后的压头位置，此时压入深度为h1，b为加上主载荷后的压头位置，此时压入深度为h2，h2包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹性变形恢复而稍提高到C位置，此时

6、压头的实际压入深度为h3。洛氏硬度就是以主载荷引起的残余压入深度h=h3-h1来表示。但这样直接以压入深度的大小表示硬度。将会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值大的现象，这与布氏硬度所标志的硬度值大小的概念相矛盾。为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致采用一常数（k）减去（h3-h1）的差值表示硬度值。为了简便起见又规定每0.002mm压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格。）洛氏硬度值公式如下： 式中： h1-预加载荷压入试样的深度（mm）；h3-卸除主载荷后压入试样的深度（mm）；k -常数，采用金刚石圆锥时k=0.2（用于HRA，HRC），有用钢球时k=0.26（用于HRB）。

7、表1 洛氏硬度的试验规范硬度符号压头总载荷（kgf）表盘上刻度颜色常用硬度值范围使用范围HRA金刚石圆锥60黑  色7085碳化物、硬质合金表面淬火等HRB或钢球100红  色25100有色金属、退火及正火钢等HRC金刚石圆锥150黑  色2067调质钢、淬火钢等 四、实验设备1布氏硬度试验计（HB-3000型，见图3） 图3HB 3000型布氏硬度计2  洛氏硬度试验计（HR-150A型，见图4）  图4HR150A型洛氏硬度计五、实验步骤1.布氏硬度试验1）清理试样表面。被测表面应是无氧化皮等污物的光洁平面，以便于准确测

8、量压痕直径。2）布氏硬度试验时，应根据所试材料的硬度与试样的厚度选择试验规范，包括压头材料压头直径D、FD2值、试验力F以及试验力保持时间t，可按表1选定。3）将选定的钢球（或硬质合金球）压头装入硬度计衬套内并紧固，调整砝码和时间定时器。4）将试样稳固地放在工作台上，顺时针方向转动工作台升降手轮，使压头与试样接触，直至手轮与螺母发生空转为止。5）准备就绪后，施加试验力，开电源开关，电源绿色指示灯亮后按下加力按钮；当红灯亮时，表示试验力已加上，迅速拧紧时间定位器的压紧螺钉使其转动，开始计时，达到预定加力时间后红灯熄灭，试验力自动卸除。6）关闭电源，逆时针转动手轮，取下试样。7）用读数显微镜测出压

9、痕直径d（在两个垂直方向各测一次，取平均值）。8）根据压痕直径和试验规范查布氏硬度数值表，得出试样的布氏硬度值。2.洛氏硬度试验1）清理试样表面。被测表面应无油脂、氧化皮、裂纹、凹坑、显著的加工痕迹以及其他外来污物。2）根据试样材质及预计硬度范围，按表2选择压头类型和初、主试验力。3）将选定的压头装人硬度计主轴衬套内并紧固，调节好主试验力值。4）将试样平稳地放在工作台上。5）加初试验力，顺时针方向缓慢转动工作台升降手轮，使试样与压头缓慢接触，直至指针到规定标志。6）调零位，调节刻度盘，使大指针对准零位（即B或C）。7）加主试验力，操作加载手柄，直至大指针停止转动后再保持数秒。8）卸主试验力，根据刻度盘上指针指示的数值，读出硬度值并记录。9）这时针方向旋转手轮，使工作台下降，移动试样，另