實驗一金屬材料的硬度實驗

試驗一、金屬材料的硬度試驗一、試驗?zāi)康牧私庥捕葴y定的根本原理及應(yīng)用范圍。了解洛氏硬度試驗機的主要構(gòu)造及操作方法。二、試驗原理硬度是金屬材料局部抵抗硬物壓入其外表的力氣或金屬材料外表抵抗局部塑性變形的力氣。硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。硬度值越高，說明金屬抵抗塑性變形的力氣越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。另外硬度與其他機械性能〔如強度指標σb及塑性指標ψ和δ〕之間有著確定的內(nèi)在聯(lián)系【低碳鋼σb≈0.36HB，高碳鋼σb≈0.34HB，合金調(diào)質(zhì)鋼σb≈0.36HB，灰鑄鐵σb≈0.1HB】。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打算性意義。測量硬度的方法主要有壓入法、回跳法和刻劃法三大類：的不同，壓入硬度主要有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。公式示意圖HBS(HBW)=P/A的不同，壓入硬度主要有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。公式示意圖HBS(HBW)=P/AHR=〔k-h〕 Hv=0.102F/A=18.173×P/d2/0.002儀器布氏硬度洛氏硬度維氏硬度顯微硬度測〔硬質(zhì)合金、有合金中不同相、表試材料的鋼鐵〕色金屬、調(diào)質(zhì)鋼等1000N〕；〔2〕較薄工件、工具外表或鍍層〔P=1.961～49.03N〕〔3〕金屬箔類〔P<1.961N，顯微硬度〕面硬化層、化學(xué)熱處理滲層、鍍層及金屬箔材原淬火鋼球〔HBS，適用HB<450〕或硬測定壓痕深度同布氏硬度理〔HBW,適用450≤HB≤650〕來表示材料的夾角為136o的四棱錐體金剛石壓頭(P=0.01~0.2kgf)壓入被測材料外表，一段時間后卸荷。硬度值②回跳硬度：主要用于金屬材料，方法是使用一特制的小錘從確定高度自由下落沖擊被測材料的試樣，并以試樣在沖擊過程中的儲存〔繼而釋放〕應(yīng)變能的多少〔通過小錘的回跳高度測定〕確定材料的硬度。③劃痕硬度：主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是使用一端硬一端軟的棒，將被測材料沿棒外表劃過，依據(jù)消滅劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說，硬物體劃出的劃痕長，軟物體劃出的劃痕短。在機械工業(yè)中廣泛承受壓入法來測定硬度。壓入法硬度試驗的主要特點是：試驗時應(yīng)力狀態(tài)最軟〔即最大切應(yīng)力遠遠大于最大正應(yīng)力〕，因而不管是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。金屬的硬度與強度指標之間存在如下近似關(guān)系：σ=K×HBσbσb：材料的抗拉強度值；HB：布氏硬度值；K：系數(shù)退火狀態(tài)的碳鋼K＝0.34~0.36合金調(diào)質(zhì)鋼K＝0.33~0.35有色金屬合金K＝0.33~0.53就在于此。硬度測量后由于僅在金屬外表局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗。硬度值對材料的耐磨性、疲乏強度等性能也有確定的參考價值，通常硬度值高，這些性能也就好。在機械零件設(shè)計圖紙上對機械性能的技術(shù)要求，往往只標注硬度值，其緣由就在于此。硬度測量后由于僅在金屬外表局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗。莫氏硬度筆〔對應(yīng)材料鑲嵌在筆頭1824年由德國礦物學(xué)家莫斯(FrederichMohs)首先提出。應(yīng)用劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試礦物的外表而發(fā)生劃痕,1滑石(Talc〔硬度最小2(Gypsum，3方解石(Calcite，4螢石(Fluorite，5磷灰石(Apatite)，6正長石(Feldspar;Orthoclase;Periclase)，7石英(quartz)，8黃玉(topaz)，9剛玉(corundum)，10金剛石(diamond)。1.洛氏硬度測試法洛氏硬度試驗的根本原理洛氏硬度測試法是目前應(yīng)用最廣泛的硬度試驗方法。洛氏硬度試驗的原理和布氏的不同在于：它不是以測量壓痕的面積來計算硬度，而是依據(jù)壓痕深度來確定硬度值指標。一般洛氏硬度機不需要直接測量壓痕深度，其值可由刻度盤上的指針指示出來〔或液晶顯示屏顯示〕。洛氏硬度測定時，在規(guī)定條件下，將壓頭〔頂角為120°的金剛石圓錐或直徑為1/16“〔1.588mm〕的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球在初試驗力下測量壓痕剩余深度h，然后依據(jù)壓痕的深度確定被測金屬材料硬度值的方法稱為洛氏硬度測試法，具體過程如下：圖1 洛氏硬度試驗原理圖10-0位置為未加載荷時的壓頭位置，1-110Kgf預(yù)加載荷后的位置，h，2-2位置為加上主載荷后的位置，此時壓入深度為h，h包括由加載1 2 2所引起的彈性變形和塑性變形，卸除主載荷后，由于彈性變形恢復(fù)而稍提高到3-3位置，h此時壓頭的實際壓入深度為。洛氏硬度就是以主載荷所引起的剩余壓入深度〔h=h-h〕h3 3 1來表示。但這樣直接以壓入深度的大小表示硬度，將會消滅硬的金屬硬度值小，而軟的金屬硬度值大的現(xiàn)象，這與布氏硬度所標志的硬度值大小的概念相沖突。為了與習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念相全都，承受一常數(shù)〔k〕減去〔h-h〕的差值表示硬度值。為簡便起3 1HR=〔k-h〕/0.002HR=〔k-h〕/0.002(h=h-h)3 1式中：h 預(yù)加載荷壓入試樣的深度〔mm〕；1h 卸除主載荷后壓入試樣的深度〔mm〕；k------常數(shù)，承受金剛石圓錐時k------常數(shù)，承受金剛石圓錐時k＝0.2mm〔用于HRA、HRC〕；承受鋼球時k＝0.26mm〔用于HRB〕。因此上式可改為：

hh

hhHRC〔或HRA〕＝1003

；HRB＝1303 10.002 0.002洛氏硬度測試法測硬度簡便、快速、壓痕小，可測定的材料范圍廣。但由于壓痕小，對組織比較粗大且不均勻的材料，所測結(jié)果不夠準確，因此，需要在試樣上測定三點取其平均值。硬度反映材料的耐磨性，也是金屬材料的一項重要性能指標。由于洛氏硬度試驗所用的試驗力較大，不易用于測定極薄試樣及滲碳層、金屬鍍層的硬度，因此可在洛氏硬度試驗原理的根底上，通過減小試驗力，提出了外表洛氏硬度的試驗方法。外表洛氏硬度6種，可參見我國現(xiàn)行標準GB1818-1994《金屬外表洛氏硬度試驗方法》國家標準及其修訂標準。3種試驗力，39種組合，對應(yīng)于洛氏硬度的99個標尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎全部常用的金屬材料。其中以HRA、HRB和HRCHRAHRBHRC中的ABC為三種不同的標準，A標尺、B標尺、C98.07N〔10kgf〕【千克力就是1N=0.102kgf1kgf=9.8N計算硬度值。標尺A使用的是球形菱形壓頭，然后加壓至588.4N〔60kgf〕；標尺B使用1/16“〔1.588mm〕的淬火鋼球，然后加壓至1471N〔150kgf〕，因此標尺B適CHRC標尺用于測試淬火鋼、HRB標尺用于HRA標尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實際上一般只限于測試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。依據(jù)金屬材料軟硬程度不一，可選用不同的壓頭和載荷協(xié)作使用。標尺符號/壓頭/N(kgf)F主試驗標尺符號/壓頭/N(kgf)F主試驗F有用范圍應(yīng)用范圍1HRA120o金剛石圓錐碳化物、硬質(zhì)合金、淬火工具鋼、淺層外表硬化層HRB1.588mm鋼球HRC120o金剛石圓錐軟鋼〔退火態(tài)、低碳鋼正火態(tài)、鋁合金淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層外表硬化層060105060～85100109025～1001501014020～67表注：(1)120°+30”0.21±0.01mm(2)10公斤洛氏硬度試驗機的構(gòu)造和操作1、接通電源，開機，有‘滴，滴’兩聲提示音2、設(shè)置試驗點數(shù)〔3〕，最終得到平均值3、設(shè)置標尺：HRA，HRB，HRC4、設(shè)置保荷時間〔5s〕61選擇留意：變換試驗力時，必需處于卸荷狀態(tài)，轉(zhuǎn)動變荷手把選擇試驗力。7、安裝壓頭：螺釘松開再擰緊，即可消退。8、開頭測試：試樣平穩(wěn)放置在工作臺上，在試驗過程中不應(yīng)發(fā)生移動現(xiàn)象。按下啟動按鈕，LCD下方顯示‘加初試驗力’，然后旋轉(zhuǎn)手輪將工作LCD上方的進度條消滅可停頓旋轉(zhuǎn)，LCD下方顯示‘穩(wěn)定中’。接著系統(tǒng)自動開頭加荷直到主試驗力，并顯示硬度值。(b)操作，得到一個平均硬度值。留意事項：

3mm試樣外表需平坦光滑，不得帶有油、氧化皮、裂縫、凹坑等?？杉毶拜喕蛏凹垖⒐?50oC。并使被測外表與壓頭保持垂直。依據(jù)被測金屬材料的硬度凹凸，按表1選擇壓頭、載荷。試樣厚度應(yīng)不小于壓痕深度的10倍。兩相鄰壓痕中心距離及壓痕中心至試樣邊緣的3mm。加載時力的作用線必需垂直于試樣外表。三、設(shè)備及試樣