實(shí)驗(yàn)五金屬硬度實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五金屬硬度實(shí)驗(yàn)第1頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

Experimentpurpose1掌握金屬布氏、洛氏、維氏和顯微硬度的實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)定方法；2了解各種硬度實(shí)驗(yàn)方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及選用原則；3學(xué)會(huì)正確使用各種硬度計(jì)及它們之間的換算關(guān)系。第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二概述sayall硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，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。硬度的測(cè)量可分為壓入法、刻劃法、回跳法和擺動(dòng)法。在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用壓入法來(lái)測(cè)量硬度，本實(shí)驗(yàn)就是采用壓入法，與其它機(jī)械性能相比，硬度實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，又無(wú)損于零件，因此在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六表5—1金屬硬度實(shí)驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及使用范圍標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)使用范圍GB231-84金屬布氏硬度試驗(yàn)方法用于黑色、有色金屬的原材料檢驗(yàn)，也可用于退火、正火鋼鐵試件的硬度測(cè)試GB230-83金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法主要用于熱處理后金屬材料的性能檢測(cè)GB4340-84金屬維氏硬度試驗(yàn)方法用于薄板材或金屬表層的硬度測(cè)定，以及較精確的硬度測(cè)定GB4342-84金屬顯微維氏硬度試驗(yàn)方法主要用于測(cè)定金屬的組織組成物或組成相的硬度第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由于各種硬度實(shí)驗(yàn)方法和所根據(jù)的原理各有不同，各組成物理量在不同的方法中的作用也不一樣，所以不同方法所得的硬度間沒(méi)有簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的互換關(guān)系。而現(xiàn)存的換算表是根據(jù)同類(lèi)材料在相同狀態(tài)下和一定硬度范圍內(nèi)進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析比較，而歸納出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，有其一定的實(shí)用價(jià)值。第5頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（一）金屬布氏硬度試驗(yàn)方法

Themetalsclothsurnamedegreeofhardnessexperimentsthemethod

1、基本原理basicprinciple

布氏硬度試驗(yàn)的原理是用一定直徑D（mm）的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的實(shí)驗(yàn)力P（Kgf或N）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時(shí)間t秒后卸出試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕。測(cè)量壓痕平均直徑d（mm）求得壓痕球形表面積F凹（mm2）第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六HB=P/F凹根據(jù)壓痕面積和球面之比等于壓痕深度h和鋼球直徑之比的幾何關(guān)系，可知壓痕部分的球面積為：F凹=πDh式中：D—鋼球直徑（mm）h—壓痕深度（mm）第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由于測(cè)量壓痕直徑d要比測(cè)定壓痕深度容易顧客將（2）式中h改換成d來(lái)表示（3）將式（2）和（3）代入（1）即得：

第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六式中只有d是變數(shù)，故只需測(cè)出壓痕直徑d，根據(jù)已知D和P值就可計(jì)算出HB值。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，可由測(cè)出壓痕直徑d直接查表得HB值。由于金屬材料有軟有硬，所測(cè)工件有厚有薄，所以在測(cè)定不同材料的布氏硬度值時(shí)就要求有不同載荷P和鋼球直徑D。為了得到統(tǒng)一的、可以相互進(jìn)行比較得數(shù)值，必須使P和D之間維持某一比值關(guān)系，以保證所得的壓痕形狀的幾何相似關(guān)系，其必要條件就是使壓入角φ保持不變。第9頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六兩個(gè)不同直徑的壓頭D1和D2，在不同的載荷P1和P2的作用下壓入金屬表面的情況。要想兩者的硬度值一樣，必須保證兩者壓痕的幾何形狀相似，也就是保證壓入角Ф相等。將代入此式說(shuō)明，假如壓入角Ф不變時(shí)，為了使同一材料兩者所得HB也不變，則要求P/D也應(yīng)保持為常數(shù)。

第10頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2、布氏硬度測(cè)定的技術(shù)要求

Thetechniquerequestoftheclothsurnamedegreeofhardnessmeasurement

（1）試樣表面要與試驗(yàn)臺(tái)平行，并有一定的光潔度，以使壓痕邊緣清晰，保證精確測(cè)量壓痕直徑d。（2）壓痕應(yīng)距試樣邊緣＞D（鋼球直徑），兩壓痕之間的距離＞2D。第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（3）測(cè)定壓痕直徑時(shí)，應(yīng)在相互垂直的方向上測(cè)量直徑，取其平均值為d。（4）為表明試驗(yàn)條件，可在HB值后標(biāo)注D/P/T，如HB10/3000/10，即表示此硬度值是在D=10mm，P=3000Kgf，T=10秒的條件下得到的。第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（二）金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法

ThemetalsHRsurnamedegreeofhardnessexperimentsthemethod

洛氏硬度與布氏硬度試驗(yàn)一樣，也是一種壓痕實(shí)驗(yàn)法，但洛氏硬度不是測(cè)量壓痕的面積，而是測(cè)量壓痕的深度，以深度的大小表示材料的硬度值。洛氏硬度試驗(yàn)是在先后兩次施加負(fù)載（初負(fù)荷PO及主負(fù)荷P1）的條件下，將標(biāo)準(zhǔn)壓頭壓入試樣表面來(lái)進(jìn)行的。標(biāo)準(zhǔn)壓頭有兩種，一種是頂角為1200的金剛石圓錐，另一種是（1/16）（1.588）的淬火鋼球。根據(jù)材料軟硬程度不一，可選用不同的壓頭和載荷配合使用。第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六采用不同的壓頭和總負(fù)荷組成不同的洛氏硬度標(biāo)度，其中最常用的HRA,HRB,HRC,其試驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用范圍見(jiàn)表5—1。符號(hào)壓頭總負(fù)荷（KG）讀盤(pán)測(cè)量范圍(HR)應(yīng)用實(shí)例HBAHRBHRC1200金剛石壓頭1/16鋼球1200金剛石壓頭60100150黑紅黑70—8525—100（HB60-230）20—67(HB230-700)表面淬火層，硬質(zhì)合金，滲碳層有色金屬，退火正火鋼淬火，調(diào)質(zhì)鋼第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（三）維氏硬度試驗(yàn)Theweisurnamedegreeofhardnessexperiment維氏硬度適用范圍大，測(cè)量精度高，破壞作用小，所以是較理想的硬度測(cè)定方法。它適用于各種金屬，各種狀態(tài)硬度的測(cè)定。維氏硬度的測(cè)定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來(lái)計(jì)量硬度值的。第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六不同的是維氏硬度用的壓頭是兩相對(duì)面間的夾角為1360的金剛石正四棱錐體。在載荷P的作用下，在試樣表面上壓出一個(gè)四方錐形的壓痕（凹坑）。測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度d，以計(jì)算壓痕的表面積。以載荷P除以表面積的數(shù)值表示維氏硬度HV.第16頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六載荷P可以從1Kg~100Kg范圍內(nèi)根據(jù)試樣大小，厚薄進(jìn)行選擇。壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度是用附在目鏡上的測(cè)微計(jì)進(jìn)行測(cè)量的。應(yīng)測(cè)量?jī)蓷l對(duì)角線(xiàn)，并求其算術(shù)平均值作為壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度d，然后用公式計(jì)算或根據(jù)d值和負(fù)荷查表獲得Hv。由于維氏硬度采用的是正四棱錐壓頭，所以無(wú)論在多大允許負(fù)荷下所得壓痕的幾何形狀都是相似的，而且當(dāng)材料硬度一定時(shí)，P與d2成比例的變化。結(jié)果使材料的硬度與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)。第17頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六維氏硬度的操作：（1）根據(jù)試樣的厚度和硬度范圍在1~100Kgf之間選擇負(fù)荷，在允許范圍內(nèi)盡可能選擇較大的載荷，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，并減小表面組織不均勻帶來(lái)的影響。（2）試樣試驗(yàn)面平滑光潔。目鏡聚焦后，平穩(wěn)加載，壓痕中心至試樣邊緣不小于2.5倍對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度。（3）卸載后，聚焦，用目鏡測(cè)微尺測(cè)量每個(gè)壓痕的兩條對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)d1、d2取平均值d。查表或帶入公式計(jì)算出維氏硬度值，每個(gè)試樣至少測(cè)三個(gè)點(diǎn)以上。第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3、顯微硬度試驗(yàn)顯微硬度試驗(yàn)原理與維氏硬度完全相同。所不同的只是所加負(fù)荷小一些。一般小于200g力，壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度以微米計(jì)量。顯微硬度主要用來(lái)測(cè)定各種組成相的硬度，以及進(jìn)行微區(qū)性質(zhì)分析。纖維硬度壓頭也是正四棱角錐，兩對(duì)面夾角1360，計(jì)算公式為

Hm=1854.4P/d2(Kgf/mm2)式中P為負(fù)荷，單位克；d是壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，單位微米。測(cè)量出d值后，可查表或計(jì)算求得顯微硬度值。顯微硬度由于壓痕較小，當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)壓痕因彈性恢復(fù)收縮的比例大壓痕的大，測(cè)得的硬度值偏高。所以盡量采用大載荷，以減少誤差。第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六顯微硬度試驗(yàn)的操作：試樣應(yīng)按試樣磨片一樣精心制備，將試樣平穩(wěn)地放在工作臺(tái)上，再光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)焦。使圖象清晰。在視場(chǎng)中找到需測(cè)硬度的部位。工作臺(tái)逆時(shí)針轉(zhuǎn)1800。使試樣從顯微視場(chǎng)中移到壓頭下加載（載荷可在1g~200g中選用）。轉(zhuǎn)動(dòng)加載手柄，加栽。第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六保持10~15秒后，卸載。（有色金屬保持30秒）。將試樣移回顯微鏡中。在顯微鏡中測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度。首先使目鏡中交叉十字線(xiàn)與壓痕的棱邊重合（如圖5—3），然后轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡鼓輪，使十字線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)壓痕的另一個(gè)棱邊（如圖5—3），兩次讀數(shù)之差，即為壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的格數(shù)。第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六顯微硬度計(jì)有兩個(gè)物鏡（F6.16和F23.2），一個(gè)目鏡（15X）。放大倍數(shù)為485X和130X。用壓痕對(duì)角線(xiàn)的格數(shù)乘以放大倍數(shù)的系數(shù)，求出實(shí)際壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度d后，查表或帶入公式計(jì)算求Hm。第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三實(shí)驗(yàn)步驟experimentsteps1分別在洛氏硬度計(jì)，維氏硬度計(jì)上測(cè)定鋁、黃銅、20鋼、T8鋼的HRC、HRB、Hv值。2在步氏硬度計(jì)上測(cè)定45鋼正火、退火試樣。3在顯微硬度計(jì)上，測(cè)定45鋼因淬火不足產(chǎn)生的鐵素體、馬氏體的顯微硬度值（示范表演）。第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六四實(shí)驗(yàn)報(bào)告experimentsreport1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?附上所測(cè)的各種材料的洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3查表找出各種硬度值之間的換算關(guān)系。第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六五思考題thinkthesubjectofexamination1通過(guò)硬度試驗(yàn)比較洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度、顯微硬度的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍，并說(shuō)明影響試驗(yàn)結(jié)果精確度的因素。