金屬硬度測試試驗——金屬布氏、洛氏、維氏硬度1.實驗目的掌握布氏、洛氏、維氏硬度計的試驗原理、測定方法及其應用范圍。了解布氏、洛氏、維氏硬度計的構造及操作方法。測試不同狀態下金屬材料的硬度值,掌握材料組織與性能之間的關系。2.實驗設備、儀器及材料設備儀器布、洛氏兩用硬度計（見圖1）維氏硬度計（見圖2）讀數測量顯微鏡（2）45鋼（退火）（4）高速鋼刀具（6）硬質合金刀片2.2材料（1）鑄鐵（3）45鋼（淬火+回火）（5）20滲碳淬火鋼零件（7）黃銅（退火）圖1 布、洛氏兩用硬度計圖2 顯微維氏硬度計3.金屬硬度試驗方法3.1布氏硬度試驗1）試驗原理?用一定直徑D（mm）的鋼球或硬質合金球為壓頭，施以一定的試驗力F（N），將其壓入試樣表面（圖3），經規定保持時間t（s）后卸除試驗力，而在試樣表面獲得一直徑d的殘留壓痕，以單位壓痕球形表面積上的平均試驗力來表示布氏硬度值。?其計算公式為:0.204FHBD

2

?

d

2

)圖3布氏硬度試驗原理圖?

0.102F

?A?D

(D

?2）布氏硬度值的表示?硬度值+HBS（HBW）+D/試驗負荷(Kg)/保荷時間(s)其中HBS為用鋼球壓頭的布氏硬度HBW為用硬質合金球壓頭的布氏硬度? 例如:240HBS5/750/30表示布氏硬度值為240，試驗所用的是鋼球壓頭，直徑為5mm，試驗負荷為750Kg（7355N），試驗保荷時間為30s。3）布氏硬度試驗條件布氏硬度試驗主要用于室溫下黑色、有色金屬原材料檢驗,也可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測試。適用范圍為8~650HB。試樣表面應制成光滑的平面,表面粗糙度不大于0.8。試驗面的制備方式應與材料和試驗條件相適應。試樣厚度應不小于壓痕深度的10倍。如有關技術條件另有規定時,則其厚度可為不小于壓痕深度的8倍。壓頭直徑、負荷大小與保荷時間的確定應根據試樣預期硬度和厚度按表1選擇。表1布氏硬度試驗規范材料布氏硬度值范圍（HB

）試驗厚度（mm

）負荷F（N

）與壓頭直徑D的關系壓頭直徑（mm

）負荷F

（N

）黑色金屬140-6506-34-2<2<140>66-3<3有色金屬>1306-34-2<236-1309-36-3<38-35>66-3<310.0294205.073552.5183910.098075.024522.561310.0294205.073552.5183910.098075.024522.561310.024525.06132.51530.102F

?

30D

22?

30D0.102F2?

10D0.102

F?

100.102

FD

22?

2.5D0.102F4）布氏硬度試驗操作步驟及方法ⅰ硬度試樣。ⅱ安裝試樣。將試樣增穩地放置在載樣臺上,要求在試驗過程中不發生滑動,選好測試位置,使測試面與壓頭軸線垂直且測量位置與試樣邊緣2mm左右。↓ⅲ施加預負荷10Kg。轉動手輪緩慢均勻升起載樣臺（尤其在試樣接觸壓頭時以免產生沖撞）,使顯示屏（見圖4）上指示線位于滾動標尺100刻度線±5格范圍內,調節微調使指示線與100刻度線重合?！な┘又髫摵伞Ｔ诖_定載荷調節正確下,通過向前緩慢均勻搬動加載手柄加荷。↓兩面一定要平行保荷。在主負荷完全施加上時計時10-15秒保荷?！逗?。保荷時間結束立即反向緩慢均勻地搬動加載手柄卸除主負荷（洛氏硬度可直接讀出HRC硬度數值）,然后平穩地降下載樣臺卸除預負荷,并使試樣離開壓頭一定距離以方便取出?！郎y量試樣上壓痕直徑。取下的試樣在讀數測量顯微鏡下測試壓痕直徑?！嬎阌捕戎?。可公式計算或查表得到該測試點的布氏硬度值。圖4 布、洛兩用硬度計顯示屏5

）試驗方法及結果處理試驗時，壓痕中心距試樣邊緣的距離應大于或等于2.5d，試樣兩相鄰壓痕中心的距離應大于或等于4d。試驗硬度小于350HB的金屬時，上述距離應分別為3d和6d。試驗后壓痕直徑的大小應在下列范圍內:0.2D＜d＜0.6D。如不符合上述條件時，試驗結果無效，應選用相應的負荷重新試驗。用直徑為10、5mm的鋼球進行試驗時，其壓痕直徑的計量應精確到0.02mm，如用直徑2.5mm的鋼球則為0.01mm。壓痕直徑應從兩相互垂直方向計量，并取其算術平均值。壓痕兩直徑之差應不超過較小直徑的2％。3.2洛氏硬度試驗1）試驗原理?在先后兩次施加負荷（預負荷F0和主負荷F1）的作用下，將標準型的壓頭（金剛石圓錐壓頭或鋼球壓頭）壓入試樣的表面，即在加完總負荷F（F?F?F）保持一定的時間0 1，并卸除主負荷，保留預負荷的情況下，用計量主負荷作用下所產生的殘余壓入深度e來表示金屬材料抵抗塑性變形的能力（見圖5）。e值越大金屬的硬度越低，反之則硬度越高。洛氏硬度值用HR表示，并在符號后面注以所常用標尺A、B.C等。?洛氏硬度試驗常用標尺所對應的壓頭、負荷、硬度計算公式及應用見表2圖5 金剛石圓錐洛氏硬度試驗原理表2 洛氏硬度常用標尺所對應的壓頭、負荷、計算及應用HR

?

100

?

e2標尺壓頭預負荷 總負荷 硬度值計算公式 應用舉例（N）

（N）A98588C1471硬質合金、碳鋼淬火鋼、調質鋼、硬鑄鐵B金剛石圓錐角

120°頂端球面半徑0.2mm直徑

1.588mm的鋼球98980軟鋼,鋁合金、銅合金、可鍛鑄鐵備注:e的單位為μm。eHR

?

130

?22）洛氏硬度表示?硬度值+HRC（HRA或HRB）?例如:52HRC表示洛氏硬度值為52，試驗所用的是標準金剛石圓錐壓頭，試驗負荷為150Kg3）洛氏硬度試驗條件洛氏硬度試驗主要用于室溫下金屬材料熱處理后的產品硬 度測試,測量范圍為20~67HRC；60~85HRA；25~100HRB。試樣應制成光滑的表面,其表面粗糙度不大于0.8。彎曲表面的試樣,當試驗面的曲率半徑小于20mm時,硬 度值必須給與修正。試樣應具有一定的厚度,必須使壓痕不致在試樣支承面上 引起任何可見的變形。其最小厚度應大于卸除主負荷后壓 頭壓入深度的10倍。4）洛氏硬度試驗操作步驟及方法?安裝試樣。穩定安置試樣在載樣臺上,要求在試驗過程中試樣不發生滑動,且使測試面與壓頭軸線垂直,并選好測試位置?！?施加預負荷10Kg。轉動手輪緩慢平穩升起載樣臺（尤其在試樣接觸壓頭時以免產生沖撞）,使顯示屏（見圖4）上指示線位于滾動標尺100刻度線±5格范圍內,調節微調使指示線與100刻度線重合。↓?施加主負荷。確定載荷調節正確后,在規定時間內通過向前搬動加載手柄加荷?！?保荷。在主負荷完全施加上時計時保荷。↓?卸除主負荷讀數。保荷時間結束立即反向平穩地搬動加載手柄一次卸除主負荷,保留預負荷,待滾動標尺停止轉動時立即在顯示屏的對應標尺欄中讀出指示線所指值,即為該點洛氏硬度值。↓?卸除預負荷完成該點的硬度測試。5）試驗方法及結果處理施加預負荷,試樣應向上移動至預負荷全部加上為止,如指示器超過硬度計說明書規定的標志時,則應卸除預負荷重新選點試驗。施加主負荷時,加荷壓入時間為4~8s,總負荷保持時間為2~25s；具體由加荷后隨時間變形的程度而定。主負荷應于2s內平穩卸除,并立即從刻度盤相應的標尺上讀數,讀數精度應為0.2HR。試樣上兩相鄰壓痕中心及壓痕中心至試樣邊緣的距離應不小于壓痕直徑的三倍。每次更換壓頭、載樣臺或支座后的最初兩次試驗結果不予采用。3.3維氏硬度試驗1）試驗原理?以一相對兩面夾角為136°的金剛石正四棱錐形壓頭，在一定的負荷作用下，壓入試樣表面，經規定的保荷時間卸除負荷后，計量殘留壓痕兩對角線長度（如圖6）、并由此求出平均值。由試驗負荷與殘留壓痕表面積之商計算出維氏硬度值。維氏硬度值用HV表示，其計算公式為:（N/mm2

）d

2AHV

?

0.102

F

?

0.1891

F圖6 維氏硬度試驗原理示意圖2）維氏硬度表示?硬度值+HV+試驗負荷(Kg)/保荷時間(s)? 例如:320HV200/30表示維氏硬度值為320，試驗所用的試驗負荷為200g，試驗保荷時間為30s。維氏硬度和顯微維氏硬度比較:兩者原理、方法及表示均相同，只是顯微維氏硬度所用負荷較小，試驗條件要求較高，顯微維氏硬度試驗主要用于在室溫下測定金屬材料的顯微組織組分或相組分的硬度。適用測量范圍為8~2000HV。3）維氏硬度試驗條件?維氏硬度試驗主要用于在室溫下薄板材或金屬表層的硬度測定以及較精確的硬度測定。適用測量范圍為8~1000HV。?試樣表面應為光滑平面,其表面粗糙度不大于0.40。?試樣試驗面應為平面,如果必須在曲面上進行硬度試驗時,測得的硬度值必須給與修正。?試樣或表面層的最小厚度應大于壓痕對角線長度的1.5倍。試驗后,試驗背面不應有可見的變形痕跡。4）維氏硬度試驗操作步驟及方法?安裝試樣。試樣應穩定地安置在載樣臺上?！?選取清晰視場。選擇試樣測試區域，旋轉焦距調節至視場清晰。↓?施加負荷。點擊控制面板（見圖7）中START鍵，試驗機開始自動加載?！?保荷。（自動）?！?卸除負荷。（自動）?測量對角線長度。調節焦距至壓痕清晰,通過測量目鏡系統,以基準線對準壓痕一頂角頂點,旋轉測量調節使測量線與基準線重合,點擊ZERO清零,然后移動測量線到對角頂點,點擊控制面板中ENTER鍵測量對角線。旋轉測量目鏡系統90o,以同樣操作測試另一條對角線?！?計算出硬度值。在控制面板顯示屏中顯示出該點的維氏硬度值。圖7 數字式顯微維氏硬度控制面板5）試驗方法及結果處理負荷保持時間黑色金屬為10~15s；有色金屬為30±2s。試樣上兩相鄰壓痕中心及壓痕中心到試樣邊緣的距離不應小于壓痕對角線的2.5倍。壓痕兩對角線之差與其中較短的對角線之比應不大于2％。(4)在更換壓頭、載樣臺的最初兩次試驗結果不予采用4.實驗