1、實驗五金屬材料的硬度實驗一、實驗目的1、熟悉掌握布氏、洛氏和維氏硬度測定的基本原理和硬度值表示方法；2、熟悉掌握布氏、洛氏和維氏硬度測定的應用范圍；3、熟悉掌握布氏、洛氏和維氏硬度計的主要結構及操作方法。二、實驗原理金屬的硬度可以認為是金屬材料表面在接觸應力作用下抵抗塑性變形的一種能力，硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數量概念。由于在金屬表面以下不同深處材料所承受的應力和所發生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合反映壓痕附近局部體積內金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強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，材料產生塑性變形就越困難。另外，硬度與其它力學性能(如強度指標0

2、b塑性指標小和a之間有一定的內在聯系，所以從某種意義上說硬度的大小對于機械零件或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。1、硬度的實驗方法硬度的實驗方法很多，主要有以下三大類：( 1) 壓入法該方法測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。在機械工業中廣泛采用的測定硬度的方法是壓入法。( 2) 刻劃法該方法測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數值越大，因而規定

3、用(h/h0)K=HS。稱為肖氏硬度，主要用于大型工件及表面曲面的曲率半徑>32mm的工件。2、硬度測試的作用與特點( 4) 金屬的硬度測試可大概推知其對應的強度金屬的硬度與強度指標之間存在如下的定量關系：式中加-材料的抗拉強度;HBW-布氏硬度值;K-系數，與材質和處理狀態有關，常用材料K值如下：碳素結構鋼HBW>175K=退火狀態的碳鋼K=合金調質鋼K=非鐵金屬合金K=(2)硬度試驗時應力狀態最軟(即最大切應力遠遠大于最大正應力)，因而不論是塑性材料還是脆性材料均能發生塑性變形。(3)硬度值對材料的耐磨性、疲勞強度等性能也有定性的參考價值。通常硬度越高，這些性能也就越好。在機械

4、零件設計圖樣上對力學性能的技術要求，往往只標注硬度值，其原因就在于此。(4)硬度測定后由于僅在金屬表面局部體內產生很小壓痕，幾乎不破壞被檢驗的零件，基本屬于無損檢測，因而適合于成品檢驗或半成品檢驗。(5)設備簡單，操作便捷，只需整理零件表面，不需要特殊制備試樣。(6)對極小、極大的零件均可測量；對極薄的金屬層，如滲碳層、氮化層均可測試。四、洛氏硬度試驗方法1、試驗原理洛氏硬度試驗法是用金剛石圓錐體壓頭或一定直徑的鋼球壓頭，在初始試驗力F0和主試驗力Fi先后作用下壓入試件表面，在總試驗力F(Fo+Fi)的作用并保持一定時間后，卸除主試驗力Fi,保持初試驗力F。時的殘余壓痕深度。洛氏硬度的大小是按

5、壓痕深度來測量的，可以由洛氏硬度計上的刻度盤指示出來，不需計算。每壓入0.002mm為一個洛氏硬度單位。此種實驗特點是硬度測試速度快，留下壓痕小，被廣泛用于檢驗試件的硬度。試驗原理圖如圖52所示。為了避免壓頭與試樣接觸不良而影響測量壓痕印深度的準確性，洛氏法規定一律先加初始試驗力Foo圖5-2洛氏硬度試驗原理圖14初始試驗力Fo下的壓入深度；24總試驗力Fo+Fi下的壓入深度；3去除主試驗力Fi后的彈性回復深度；4熨余壓入深度h;6啜U量基準面；7人頭位置洛氏硬度試驗壓頭有兩種：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。具體選用范圍見表5-4。表5W洛氏硬度的試驗范圍洛氏硬度標尺硬度符號壓頭類型初始試驗力Po(N)主試驗力Pi(N)總試驗力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、洛氏硬度測定的要求(1)根據被測定金屬材料硬度高低，按表54選定壓頭和載荷。(2)試樣在制備過程中，應盡量避免由于受熱、冷加工等對試樣表面硬度的影響。(3)試樣的試驗面盡可能是平面，不應有氧化皮及其他污物。(4)試樣或試驗層厚度應不小于e的十倍。試驗后，試樣背面不得有肉眼可見

7、變形痕跡。(5)試樣的試驗面、支承面、試驗臺表面和壓頭表面應清潔。試樣應穩固地放置在試驗臺上，以保證在試驗過程中不產生位移及變形。(6)在任何情況下，不允許壓頭與試驗臺及支座觸碰。試驗支承面、支座、和試驗臺工作面上均不得有壓痕。(7)試驗時，必須保證試驗力方向與試樣的試驗面垂直。(8)在試驗過程中，試驗裝置不應受到沖擊和振動。(9)施加初始試驗力時，指針或指示線不得超過硬度計規定范圍，否則應卸除初始試驗力，在試樣另一位置試驗。(10)達到要求的保持時間后，在2s內平穩地卸除主試驗力，保持初始試驗力，從相應的標尺刻度上讀出硬度值。(11)兩相鄰壓痕中心間距離至少應為壓痕直徑的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為壓痕直徑的倍，但不得小于1mm。(12)在每個試樣上的試驗點數應不少于四點(第一點不記)。對大批量試樣的檢驗，點數可適當減少。3、表示方法(1)洛氏硬度用符號HR表示。HR前面為硬度值，后面為使用的標尺。例如：50HRC表示用C標尺測定的洛氏硬度值為50。( 5) 試驗報告中給出的洛氏硬度值應精確至個洛氏硬度單位。4、洛氏硬度試驗機的結構(1) 機體與工作臺：試驗機有堅固的鑄鐵機體，在機體前面安裝有不同形狀的工作臺，通過手輪的轉動，借助螺桿的上下移動，而使工作臺上升或下降。(2) 加載機構：有加載杠桿(橫桿)及掛重桿(縱桿)等組成，通過杠桿系統將載荷轉至壓頭而壓入試樣。借扇形齒輪的轉動可完成加載和卸載任務。(3) 千分表指示盤，通過指示盤指示各種不同的硬度值。5、洛氏硬度試驗機的操作規程(1)根據試樣預期硬度按表53確定壓頭和載荷，并裝入試驗機。(2) 將符合要求的試樣放置在試樣臺上，將手輪順時針旋轉，使升降絲桿上升，壓頭漸漸接觸試樣，刻度盤指針開始轉動。此時小指針從黑點移到紅點，與此同時，大指針轉動三圈至零位士5HR分度處，即停止上升。此時