金屬材料性能分析

1、金屬材料性能分析實驗指導(dǎo)書實驗 硬度實驗一. 實驗?zāi)康?. 熟悉常用的各種硬度計的選擇與操作。2. 了解常用硬度計的試驗原理與結(jié)構(gòu)。3. 了解各種硬度值之間及硬度值與強度之間的大致關(guān)系。二. 實驗設(shè)備、儀器及試樣1. 儀器設(shè)備HRD-150型電動洛氏硬度計，HB-3000型布氏硬度計及讀數(shù)顯微鏡，HV-50型維氏硬度計，MH-3型顯微硬度計。2. 試樣中碳鋼淬火、淬火不同溫度回火試樣或試件，有色金屬（Cu、Al），灰鑄鐵。三各種硬度計的試驗原理及操作1. 洛氏硬度計硬度計主要技術(shù)參數(shù)：初試驗力98.07N（10kg）；總試驗力分別為58804N(60kg)、980.7N(kg)、1471N(1

2、50kg)；壓頭規(guī)格兩種，分別為金剛石圓錐（錐頂角120）壓頭和鋼球壓頭（直徑1.588mm）；試件最大高度50mm；壓頭中心至機壁距離135mm。使用范圍：如表1所示表1 各標(biāo)尺適用范圍標(biāo)尺允許測量范圍 HR總試驗力N(kgf)壓頭種類B20100980.7(100)鋼球壓頭C20701471(150)金剛石圓錐壓頭A2088588.4(60)金剛石圓錐壓頭（1）實驗原理洛氏硬度試驗以測量壓痕深度表示材料的硬度值。洛氏硬度是初載F0和主載F1組合成總載F把120O金剛石壓頭或鋼球壓頭壓入金屬表層，卸去主載F1，在初載F0條件下測得主載F1的壓入深度，計算硬度值，即 （1）式中，HR為洛氏硬度

3、值符號，k為轉(zhuǎn)向系數(shù)，h為計量壓入深度。當(dāng)使用金剛石圓錐壓頭時，k取0.2mm；當(dāng)使用小淬火鋼球壓頭時，k取0.26mm。（2）試驗前的準(zhǔn)備工作試樣或試件：厚度應(yīng)不小于10倍壓痕深度，被測試表面需平坦光潔，不得帶有油、氧化皮、裂縫、明顯刀痕、凹坑等。但注意在清理過程中不得使之因發(fā)熱而軟化。與工作臺接觸的試樣表面也要求比較平坦和清潔。工作臺：根據(jù)試樣的大小與形狀選擇合適的工作臺，要保證試樣能平穩(wěn)地安放在工作臺上。 砝碼：共有三個，分別標(biāo)有符號：A、B及C。作HRA時用A砝碼。作HRB時用A和B二個砝碼。作HRC時用A、B和C三個砝碼。 壓頭：按試件材料之硬度合理地選擇壓頭，先清理干凈。然后用一緊

4、固帽將壓頭可靠地背緊在主軸上。在背緊緊固帽時，首先應(yīng)選按按鈕使插入主軸的鍵槽中（如不能插入時可稍梢轉(zhuǎn)動主軸），同時擰緊緊固帽背緊壓頭。當(dāng)松手時，應(yīng)查看按鈕是否已挑出鍵槽，如沒有跳出，則再稍稍轉(zhuǎn)動主釉使其跳出，否則將會與主軸產(chǎn)生摩擦而影響試驗精度。（3）試驗程序 打開電源開關(guān)。 將試樣的測試面向上平穩(wěn)放在載物臺中央，順時針轉(zhuǎn)動手柄使試樣上移，當(dāng)試樣測試面與壓頭接觸時要放慢轉(zhuǎn)動速度，同時觀察表盤上的兩個指針，當(dāng)兩個指針在垂直向上同時指向刻度0時停止轉(zhuǎn)動。如果指針超過0，卸載后換個位置重復(fù)上述步驟（允許兩指針稍有不重合，但偏移不得超過±5分度格，否則應(yīng)退下另選一點進行）。 向下按加載開關(guān)加

5、主載荷。此時長指針順時針轉(zhuǎn)動，過10秒左右指針將逆時針轉(zhuǎn)動，指針轉(zhuǎn)動停止后，長針指向的數(shù)值即為洛氏硬度值。當(dāng)測HRC、HRA時應(yīng)讀刻度盤外圈標(biāo)記為“C”的黑字讀數(shù)，當(dāng)測HRB時應(yīng)讀刻度盤內(nèi)圈標(biāo)記為“B”的紅字讀數(shù)。 逆時針轉(zhuǎn)動手柄，使載物臺下降，移動試樣，選擇新的測試點進行試驗。 每種試樣的測試點不得少于3個，取其平均值或其范圍作為試樣的最終測試值。 測試結(jié)束，斷開電源，帶上防塵罩。（4）注意事項 每當(dāng)更換壓頭及工作臺后的最初兩次試驗結(jié)果往往不準(zhǔn)確，不予采用。 各壓痕中心的距離及壓痕中心至試件邊緣距離均不得小于3毫米 在施加初負(fù)荷過程中以及加好后，不得中途退下又繼續(xù)再次上升。 在試驗進行中切不

6、可變換砝碼。 主負(fù)荷加好后，其間不得移動試件或旋轉(zhuǎn)手輪。 硬度計不工作時，手柄必須處于卸荷位置。2. 布氏硬度硬度計主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍為8450HBS和8650HBW；試驗力分別為1.839、2.452、7.355、9.807、29.42kN（187.5、250、750、1000、3000kgf）；試樣允許最大高度為230mm；壓頭中心至機壁距離為120mm。（1）實驗原理布氏硬度試驗的原理是用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球為壓頭，施以一定的試驗力，將其壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面殘留壓痕平均直徑，求得壓痕球形表面積。布氏硬度值就是試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。其

7、計算公式為 （2）式中，HB為洛氏硬度值符號（無單位），D為球壓頭直徑（mm），F(xiàn)為試驗力（N），d為壓痕平均直徑（mm2）。（2）準(zhǔn)備工作 安裝砝碼。選擇合適的砝碼，并掛上。 定保荷時間。選擇合適的保荷時間，將硬度計右下側(cè)的壓緊螺釘松開，把園盤內(nèi)的彈簧定位器旋轉(zhuǎn)到所需的時間位置上，使園盤上的紅標(biāo)與名牌上的時間標(biāo)志對應(yīng)。 將試樣放在工作臺上。轉(zhuǎn)動手輪，使工作臺帶動試樣上升與壓頭接觸，直至手輪與螺母產(chǎn)生相對滑動。（3）試驗程序 打開左側(cè)的電源開關(guān)（紅燈亮）。 將試樣測試面朝上平穩(wěn)放在載物臺中央。 順時針旋動手柄使載物臺上移，當(dāng)試樣測試面與壓頭接觸時要放慢速度，讓球面壓頭緩慢壓入試樣表面。 按下加

8、載按鈕，試驗力自動加載、自動保持計時、自動卸載。 逆時針旋動手柄使載物臺下降，移動試樣，選擇新的測試點進行試驗（每種試樣測試點不少于三個，其間隔大于壓痕直徑）。 取下試樣放在光亮處，用讀數(shù)顯微鏡對獲得的各個壓痕直徑進行測量，取其平均值，查表獲得布氏硬度值（用鋼球壓頭的獲得HBS硬度值，用硬質(zhì)合金球壓頭的，獲得HBW硬度值）。用讀數(shù)顯微鏡測量壓痕直徑時，應(yīng)沿互相垂直的方向測量兩次，求其平均值，二數(shù)之差不應(yīng)超過平均值的0.5。測試結(jié)束，斷開電源，帶上防塵罩。（4）注意事項 試驗溫度：黑色金屬不超過100，有色金屬不超過30±5的范圍。 試樣的厚度應(yīng)不小于壓痕深度的10倍，若得到的試樣壓痕

9、其邊緣及背面發(fā)生了變形，則該試驗無效，應(yīng)在適當(dāng)負(fù)荷下用較小直徑的鋼球來進行試驗。 所得壓痕直徑應(yīng)在0.25D< d < 0.6D的范剛內(nèi)，否則試驗結(jié)果無效，應(yīng)考慮換用其它負(fù)荷及壓頭重作試驗。 壓痕中心距試樣邊緣的距離不應(yīng)小于3.5個壓痕直徑。3. 維氏硬度硬度計主要技術(shù)參數(shù)：測量范圍5HV1000HV；試驗力分別為49.03N(5kgf)、98.07N(10kgf)、 196.1 N(20kgf)、294.2 N(30kgf)、490.3 N(50kgf)；總放大倍率為50X和125X。使用范圍：HV-50維氏硬度計可用于在49.03 490.3N（5 50kgf）試驗力范圍內(nèi)測定

10、黑色金屬（不包括鑄鐵）有色金屬及表面滲碳、滲氮層的維氏硬度。（1）實驗原理維氏硬度的試驗原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗力計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗的壓頭不是球體，而是兩相對面間夾角為136O的金剛石四棱錐體。壓頭在試驗力作用下將試樣表面壓出一個四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時間后卸除試驗力，測量壓痕對角線平均長度，進而計算出壓痕表面積。維氏硬度值為試驗力除以壓痕表面積所得的商。 （3）（2）測定方法 試樣準(zhǔn)備。要求試樣表面拋光，明亮，不應(yīng)有氧化物，凹坑，銹跡等缺陷，并能平穩(wěn)而水平地放置工作臺上。 選擇合適的載物臺。載物臺必須能保證平穩(wěn)地放置試樣并須保證被測試表面與壓頭

11、垂直。 載荷選擇。主要根據(jù)試樣的厚度，同時照顧到試件的硬度，若硬度高而選擇負(fù)荷大易壓碎壓頭，合理的載荷大小與試樣厚度之間的關(guān)系下表2。 對于形狀不規(guī)則的壓痕，應(yīng)重新進行試驗。表2維氏硬度試驗中負(fù)荷的選擇試件厚度/ mm下列硬度范圍合理的負(fù)荷大小 / kgHV2050HV50100HV100300HV3009000.30.55100.51.051010201.02.051010252.04.010202530> 4.0 20 30 504顯微硬度計主要功能：MH-3型顯微硬度計，由于其硬度測試范圍大，測試壓痕小，在很小測試范圍內(nèi)可進行多點測量，故它可廣泛用于金屬材料和零件的顯微組織或相的硬

12、度測試，尤其是對金屬零件熱處理后的硬化層深度和一定厚度的涂層能進行準(zhǔn)確測試。（1）實驗原理顯微硬度與維氏硬度的試驗原理完全相同，只要不同是選用載荷可更小，1kg以下。（2）顯微硬度計操作規(guī)程 打開電源開關(guān)（在硬度計后面）在控制面板上全部數(shù)字點亮。 調(diào)整目鏡視度（即旋轉(zhuǎn)目鏡的直紋外殼），操作者能最清晰觀察到目鏡中的測量線。 調(diào)整測量線調(diào)節(jié)輪，使兩根測量線的內(nèi)側(cè)相切時，此時按下面板上（ZERO）鍵后，D1，D2，HV值均為0，即測量線對零完成。 根據(jù)測量樣品的材質(zhì)，選擇合適的載荷，轉(zhuǎn)動載荷選擇鈕，字符有101000克，共八檔，可選擇。 將被測樣品放置在載物臺中央，調(diào)節(jié)物鏡升降輪，直接在目鏡中可清晰

13、觀察到被測樣品的表面。 用操作面板上照明燈亮度鍵中的+、來調(diào)整顯微鏡照明亮度，亮暗共分16級。 用操作面板保載時間中的+、來設(shè)置被測樣品的保載時間（599秒、間隔1秒）。 用載物臺x、y手輪將樣品移動到所需測量位置，最大移動距離25×25毫米（x、y方向），最小刻度0.01mm，每圈移動距離0.5mm。旋轉(zhuǎn)塔臺，將壓頭轉(zhuǎn)入打壓痕位置（操作面板上 燈亮），按下操作面板上的打壓痕鍵（START）（此時燈滅），自動打壓痕保載卸載。（注意：壓頭進入打壓痕程序，從燈滅到亮，切勿移動載物臺，否則將損壞壓頭及樣品?。?打壓痕結(jié)束（燈亮），轉(zhuǎn)回40x物鏡（40x燈亮），此時目鏡中可以觀察到壓痕像。壓

14、痕測量步驟如下：轉(zhuǎn)動測量線調(diào)節(jié)輪，使兩根測量線的內(nèi)側(cè)面與目鏡中的棱形壓痕對角線相切；按下操作面板上的讀數(shù)鍵（READ），對角線D1被讀出；將目鏡旋轉(zhuǎn)90 ，重復(fù)以上兩個動作，讀出對角線D2同時顯示HV值，測量次數(shù)顯示增加1次。測量結(jié)束，更換被測樣品，按下清除鍵（CLK），清除以前被測樣品的存儲數(shù)據(jù)。四實驗內(nèi)容1. 洛氏硬度測定40Cr淬火以及淬火+低、中溫回火硬度。2. 布氏硬度測定40Cr淬火高溫回火（或灰鑄鐵，或Q235）和鋁合金（或銅合金）硬度。3. 維氏硬度計和顯微硬度計測定淬火、淬火+中溫回火硬度。作業(yè)：實驗五 硬度實驗報告一. 實驗?zāi)康亩崽幚砉に嚰霸O(shè)備1設(shè)備洛氏硬度計型號：布氏硬度計型號：維氏硬度計型號：顯微硬度計型號：2材料及熱處理工藝（1）洛氏硬度試樣材料：熱處理工藝：（2）布氏硬度試樣材料：熱處理工藝：（3）顯微硬度試樣材料：熱處理工藝：（4）維氏硬度試樣材料：熱處理工藝：三實驗結(jié)果1. 洛氏硬度實驗結(jié)果材料： 淬火溫度： 冷卻介質(zhì)：表1 淬火及淬火+不同溫度回火硬度測試結(jié)果回火溫度 / 淬火態(tài)200300400500600700HRC（參考值）2其它硬度