金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)五金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉掌握布氏、洛氏和維氏硬度測(cè)定的基本原理和硬度值表示方法；2、熟悉掌握布氏、洛氏和維氏硬度測(cè)定的應(yīng)用范圍；3、熟悉掌握布氏、洛氏和維氏硬度計(jì)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。二、實(shí)驗(yàn)原理金屬的硬度可以認(rèn)為是金屬材料表面在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變形的一種能力，硬度測(cè)量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。由于在金屬表面以下不同深處材料所承受的應(yīng)力和所發(fā)生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合反映壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強(qiáng)化能力以及大量形變抗力。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形能力越高，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。另外，硬度與其它力學(xué)性能(如強(qiáng)度指標(biāo)0

2、b塑性指標(biāo)小和a之間有一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以從某種意義上說(shuō)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決定性意義。1、硬度的實(shí)驗(yàn)方法硬度的實(shí)驗(yàn)方法很多，主要有以下三大類(lèi)：( 1) 壓入法該方法測(cè)出的硬度值主要反映金屬表面抵抗另一物體壓入引起塑性變形的能力。壓入法又可分為布氏硬度(HBW)、洛氏硬度(HR)、維氏硬度(HV)、努氏硬度(HK)、顯微硬度。在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用的測(cè)定硬度的方法是壓入法。( 2) 刻劃法該方法測(cè)出的硬度表征金屬抵抗破裂的能力。( 3) 彈性回跳法該方法是將規(guī)定形狀的金剛石沖頭從固定的高度h0落在試樣表面上，沖頭被彈起一定高度h。金屬越硬，回跳高度h數(shù)值越大，因而規(guī)定

3、用(h/h0)K=HS。稱(chēng)為肖氏硬度，主要用于大型工件及表面曲面的曲率半徑>32mm的工件。2、硬度測(cè)試的作用與特點(diǎn)( 4) 金屬的硬度測(cè)試可大概推知其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)之間存在如下的定量關(guān)系：式中加-材料的抗拉強(qiáng)度;HBW-布氏硬度值;K-系數(shù)，與材質(zhì)和處理狀態(tài)有關(guān)，常用材料K值如下：碳素結(jié)構(gòu)鋼HBW>175K=退火狀態(tài)的碳鋼K=合金調(diào)質(zhì)鋼K=非鐵金屬合金K=(2)硬度試驗(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)，因而不論是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。(3)硬度值對(duì)材料的耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能也有定性的參考價(jià)值。通常硬度越高，這些性能也就越好。在機(jī)械

4、零件設(shè)計(jì)圖樣上對(duì)力學(xué)性能的技術(shù)要求，往往只標(biāo)注硬度值，其原因就在于此。(4)硬度測(cè)定后由于僅在金屬表面局部體內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，幾乎不破壞被檢驗(yàn)的零件，基本屬于無(wú)損檢測(cè)，因而適合于成品檢驗(yàn)或半成品檢驗(yàn)。(5)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作便捷，只需整理零件表面，不需要特殊制備試樣。(6)對(duì)極小、極大的零件均可測(cè)量；對(duì)極薄的金屬層，如滲碳層、氮化層均可測(cè)試。四、洛氏硬度試驗(yàn)方法1、試驗(yàn)原理洛氏硬度試驗(yàn)法是用金剛石圓錐體壓頭或一定直徑的鋼球壓頭，在初始試驗(yàn)力F0和主試驗(yàn)力Fi先后作用下壓入試件表面，在總試驗(yàn)力F(Fo+Fi)的作用并保持一定時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力Fi,保持初試驗(yàn)力F。時(shí)的殘余壓痕深度。洛氏硬度的大小是按

5、壓痕深度來(lái)測(cè)量的，可以由洛氏硬度計(jì)上的刻度盤(pán)指示出來(lái)，不需計(jì)算。每壓入0.002mm為一個(gè)洛氏硬度單位。此種實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是硬度測(cè)試速度快，留下壓痕小，被廣泛用于檢驗(yàn)試件的硬度。試驗(yàn)原理圖如圖52所示。為了避免壓頭與試樣接觸不良而影響測(cè)量壓痕印深度的準(zhǔn)確性，洛氏法規(guī)定一律先加初始試驗(yàn)力Foo圖5-2洛氏硬度試驗(yàn)原理圖14初始試驗(yàn)力Fo下的壓入深度；24總試驗(yàn)力Fo+Fi下的壓入深度；3去除主試驗(yàn)力Fi后的彈性回復(fù)深度；4熨余壓入深度h;6啜U量基準(zhǔn)面；7人頭位置洛氏硬度試驗(yàn)壓頭有兩種：一種是頂角120。的金剛石圓錐，另一種是直徑為1.5875mm的淬火鋼球或3.175mm的淬火鋼球。根據(jù)金屬材料軟硬

6、程度不一，可選用不同的壓頭和載荷配合使用。具體選用范圍見(jiàn)表5-4。表5W洛氏硬度的試驗(yàn)范圍洛氏硬度標(biāo)尺硬度符號(hào)壓頭類(lèi)型初始試驗(yàn)力Po(N)主試驗(yàn)力Pi(N)總試驗(yàn)力P(F0+Pi)(N)洛氏硬度范圍AHRA金剛石圓錐2088HRABHRB1.587mm鋼球20100HRBCHRC金剛石圓錐137314712070HRC2、洛氏硬度測(cè)定的要求(1)根據(jù)被測(cè)定金屬材料硬度高低，按表54選定壓頭和載荷。(2)試樣在制備過(guò)程中，應(yīng)盡量避免由于受熱、冷加工等對(duì)試樣表面硬度的影響。(3)試樣的試驗(yàn)面盡可能是平面，不應(yīng)有氧化皮及其他污物。(4)試樣或試驗(yàn)層厚度應(yīng)不小于e的十倍。試驗(yàn)后，試樣背面不得有肉眼可見(jiàn)

7、變形痕跡。(5)試樣的試驗(yàn)面、支承面、試驗(yàn)臺(tái)表面和壓頭表面應(yīng)清潔。試樣應(yīng)穩(wěn)固地放置在試驗(yàn)臺(tái)上，以保證在試驗(yàn)過(guò)程中不產(chǎn)生位移及變形。(6)在任何情況下，不允許壓頭與試驗(yàn)臺(tái)及支座觸碰。試驗(yàn)支承面、支座、和試驗(yàn)臺(tái)工作面上均不得有壓痕。(7)試驗(yàn)時(shí)，必須保證試驗(yàn)力方向與試樣的試驗(yàn)面垂直。(8)在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)裝置不應(yīng)受到?jīng)_擊和振動(dòng)。(9)施加初始試驗(yàn)力時(shí)，指針或指示線不得超過(guò)硬度計(jì)規(guī)定范圍，否則應(yīng)卸除初始試驗(yàn)力，在試樣另一位置試驗(yàn)。(10)達(dá)到要求的保持時(shí)間后，在2s內(nèi)平穩(wěn)地卸除主試驗(yàn)力，保持初始試驗(yàn)力，從相應(yīng)的標(biāo)尺刻度上讀出硬度值。(11)兩相鄰壓痕中心間距離至少應(yīng)為壓痕直徑的4倍，但不得小于2m

8、m。任一壓痕中心距試樣邊緣距離至少應(yīng)為壓痕直徑的倍，但不得小于1mm。(12)在每個(gè)試樣上的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于四點(diǎn)(第一點(diǎn)不記)。對(duì)大批量試樣的檢驗(yàn)，點(diǎn)數(shù)可適當(dāng)減少。3、表示方法(1)洛氏硬度用符號(hào)HR表示。HR前面為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。例如：50HRC表示用C標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為50。( 5) 試驗(yàn)報(bào)告中給出的洛氏硬度值應(yīng)精確至個(gè)洛氏硬度單位。4、洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)(1) 機(jī)體與工作臺(tái)：試驗(yàn)機(jī)有堅(jiān)固的鑄鐵機(jī)體，在機(jī)體前面安裝有不同形狀的工作臺(tái)，通過(guò)手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，借助螺桿的上下移動(dòng)，而使工作臺(tái)上升或下降。(2) 加載機(jī)構(gòu)：有加載杠桿(橫桿)及掛重桿(縱桿)等組成，通過(guò)杠桿系統(tǒng)將載荷轉(zhuǎn)至壓頭而壓入試樣。借扇形齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可完成加載和卸載任務(wù)。(3) 千分表指示盤(pán)，通過(guò)指示盤(pán)指示各種不同的硬度值。5、洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程(1)根據(jù)試樣預(yù)期硬度按表53確定壓頭和載荷，并裝入試驗(yàn)機(jī)。(2) 將符合要求的試樣放置在試樣臺(tái)上，將手輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使升降絲桿上升，壓頭漸漸接觸試樣，刻度盤(pán)指針開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)小指針從黑點(diǎn)移到紅點(diǎn)，與此同時(shí)，大指針轉(zhuǎn)動(dòng)三圈至零位士5HR分度處，即停止上升。此時(shí)