金屬材料硬度測試實驗

材料實驗中心實驗報告課程名稱：材料性能研究技術成績：實驗名稱：金屬材料硬度測試實驗批閱人：實驗時間：實驗地點：x5406報告完成時間：2姓名：學號：班級：同組實驗者：指導教師：一、實驗目的1.了解不同類型硬度測試的基本原理。2.了解不同類型硬度測試設備的特點及應用范圍。3.掌握各類硬度計的操作方法。二、實驗原理金屬的硬度可以認為是金屬材料表面在壓應力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測試能夠給出金屬材料軟硬度的定量概念，即：硬度示值是表示材料軟硬程度的數(shù)量指標。由于在金屬表面以下不同深度處材料所承受的應力和所發(fā)生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合地反映壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性、微量應變抗力、應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的能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。硬度的大小對于機械零件或工具的使用壽命具有重要的影響。硬度測試方法有很多，大體可以分為彈性回跳法（如肖氏硬度）、壓入法（如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度）和劃痕法（如莫氏硬度）等三類。硬度是表征金屬材料軟硬程度的一種性能，其物理意義隨著試驗方法的不同而表示不同的意義。其中彈性回跳法主要表征金屬彈性變形功的能力；壓入法主要表征金屬塑性變形抗力及應變硬化能力；而劃痕法主要表征金屬切斷能力。下面介紹三種最常用的硬度測試方法：1、布氏硬度（1）布氏硬度試驗原理用一定直徑D（mm）的硬質合金球作為壓頭，用一定的試驗力F（N），將其壓入試樣表面，經(jīng)過規(guī)定的保持時間t（s）之后卸載試驗力，觀察試樣表面，會發(fā)現(xiàn)有殘留壓痕（如圖1）。測殘留壓痕的平均直徑d（mm），然后求出壓痕球形面積A（mm2）。布氏硬度值（HBW）就是試驗力F除以壓痕表面積A所得的商，F(xiàn)以N作為單位時，其計算公式為注：布氏硬度值不標出單位布氏硬度試驗用的壓頭球直徑有10mm、5mm、2.5mm和1mm四種，主要根據(jù)試驗厚度選擇，選擇要求是使壓痕深度h小于試樣厚度的1/8。當試樣厚度足夠時，應盡量選用10mm的壓頭球。（2）布氏硬度的特點布氏硬度試驗時一般采用直徑較大的壓頭球，所以它所得的壓痕面積會比較大。壓痕面積大的一個優(yōu)點就是它的硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，而不會受到個別的組成相和微小相的影響，所以說，布氏硬度試驗主要用于測定灰口鑄鐵，軸承合金等具有粗大晶?；蚪M成相的金屬材料的硬度；壓痕較大的另外一個優(yōu)點就是實驗的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性強。但是壓痕面積較大的缺點就是不能再成品上進行試驗，布氏硬度的另外一個缺點就是對于不同的材料需要更換不同直徑的壓頭球并且需要改變試驗力，壓痕直徑的測量也會比較麻煩，所以一般不用于自動檢測。（3）布氏硬度的表示方法布氏硬度值與試驗規(guī)范有關，所以它的表示方法能反映規(guī)范的內(nèi)容，布氏硬度的表示方法有：①硬度值；②符號HBW；③球直徑；④試驗力；⑤試驗力保持時間（10s-15s不標注）。后3項之間各用斜線隔開。如600HBW1/30/20表示用直徑1mm的硬質合金球在294.2N試驗力下保持20s測得的不是硬度值為600。需要注意的是：在布氏硬度表示方法中，試驗力的單位是千克力（kgf），2者的換算關系是1kgf=9.80665N。2、洛氏硬度（1）洛氏硬度試驗原理洛氏硬度是通過測量壓痕深度來表示材料的硬度值。洛氏硬度試驗所用到的壓頭有兩種：一種是一定直徑的小淬火鋼球或硬質合金球；另外一種就是圓錐角α=120°的金剛石圓錐體。試驗時，先加初試驗力，在試樣表面得到一壓痕，深度為。此時，此時，測量壓痕深度的指針在表盤上指零。然后加上住試驗力，壓頭壓入深度為。表盤上指針以逆時針方向轉動到相應的刻度位置。試樣在作用下產(chǎn)生的總變形中包括彈性變形與塑性變形。當卸除后，總變形中的彈性變形恢復，壓頭回升一段距離。這時試樣表面殘留的塑性變形深度即為壓痕深度，而指針順時針方向轉動停止時所指的數(shù)值就是洛氏硬度值。規(guī)定每0.002mm的壓痕深度為一個硬度單位。于是洛氏硬度值（HR）的計算公式：QUOTE錯誤!未找到引用源。式中，當使用金剛石圓錐壓頭時，k=0.2mm：當使用淬火鋼球或硬質合金壓頭時，k=0.26mm。其可測硬度值在HRC20—HRC67之間。對于3#試樣A3鋼退火材料，其組織為珠光體+鐵素體，本實驗中要測試的是珠光體和鐵素體的硬度，測試的