碳素鋼硬度試驗(yàn)

陳士教授編撰壹、概說(shuō)義，現(xiàn)有數(shù)種不同硬度之定義為根底而設(shè)計(jì)分類(lèi)的，亦是我們?nèi)缃袼ㄓ玫摹Ｂ迨稀⒕S氏等型式之硬度試驗(yàn)。對(duì)於沖擊荷重之能量吸取之程度者謂之反跳硬度，例如：蕭氏硬度試驗(yàn)。對(duì)於刮〔劃〕痕之抵抗謂之刮痕硬度，例如：莫氏、麻田劃痕及銼磨試驗(yàn)等。對(duì)於磨損之抵抗謂之磨耗硬度，例如：磨耗試驗(yàn)等。對(duì)於切削或鉆削之抵抗謂之切削硬度或切削性，例如：切削硬度試驗(yàn)等。貳、硬度試驗(yàn)之應(yīng)用范圍須留意者為硬度不能像抗拉強(qiáng)度可以直接應(yīng)用於設(shè)計(jì)上。、熱處理及外表硬化與常溫加工等之是否適當(dāng)?shù)?。訂定硬度與抗拉強(qiáng)度之關(guān)系，由于簡(jiǎn)潔之硬度試驗(yàn)常可概略測(cè)知材料之抗拉強(qiáng)度?！踩鐖D一〕圖一、鋼料抗拉強(qiáng)度與硬度之一般關(guān)系大多數(shù)之硬度試驗(yàn)皆能以如表一之方式來(lái)分類(lèi)。表一、各種硬度試驗(yàn)之分類(lèi)試驗(yàn)工具或作用物質(zhì)試驗(yàn)工具或作用物質(zhì)荷重作用線之方向荷重確定，壓痕或磨損量可變動(dòng)壓痕或磨損量確定荷重可變量靜力 動(dòng)力 靜力 動(dòng)力二個(gè)試體，一者壓於他者直交於試體外表Beaumur(1922)Brinell(1900)Rockwell外表用較試體更硬之材料作為工具(1920)Vickers(1925)Knoop(Tukon)(1939)Shorescleroscope(1906)Ballentine MonotronCloudburst Schmidt各種磨損試〔如吹沙〕MartenScleroscope(1989)平行於試驗(yàn)體外表BierbaumScleroscopeHerbert(1923)Allcut及TurnerScleroscope〔1887〕各種定性用劃痕硬度切削性試驗(yàn)〔切削、鉆孔等〕試驗(yàn)－Mohs〔1822〕各種磨損試驗(yàn)〔如Dorry等〕參、試驗(yàn)部份勃氏硬度試驗(yàn)〔BrinellHardnessTest〕一、試驗(yàn)?zāi)康腂rinell〔H。B二、試驗(yàn)設(shè)備與材料勃氏硬度試驗(yàn)機(jī)硬度表4.試片三、試驗(yàn)原理勃氏硬度機(jī)如圖二所示，其原理乃藉一標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)鋼球〔通常其硬度值為圖三、勃氏硬度機(jī)BHN450，用確定荷重壓入試件外表，使試片形成球面之壓痕，產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)PHB

BHN表示之。各種材料因軟硬不同，使用的荷重P及鋼球直徑Ｄ之關(guān)系可由表二查知，施壓時(shí)間以能產(chǎn)生充份塑性變形為原則，一般對(duì)鋼鐵等較硬材料施壓15~300.05mm，HB

可推導(dǎo)如下：P 2PD(DD(D DdB AP PHB A

DtD2dD2d22P 2PD(DD(D D2d2B AP P假設(shè)以深度計(jì)量取凹痕深度ｔ，則Ｈ=B A

Dt但因外表凹痕邊緣常隆起或陷下，故不準(zhǔn)確，大都承受P 2PD(D D2D(D D2d2AB BP=負(fù)荷(kgf)3000kgf。D=鋼球直徑(mm)，10mm、5mm0.02mmt=壓痕深度，通常不直接量度。四、試驗(yàn)方法預(yù)備試片，外表挫平以砂紙磨光并去油質(zhì)。應(yīng)適宜〔如前所述〕使不受鄰近壓痕之影響。1/230~60閥使荷重降為零。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪將試座降下，取出試片。如為電動(dòng)式試驗(yàn)機(jī)具以上均為自動(dòng)。試驗(yàn)材料負(fù)荷P(Kg)10鋼球直徑及試驗(yàn)荷重試驗(yàn)材料負(fù)荷P(Kg)10鋼球直徑及試驗(yàn)荷重5適於測(cè)定之硬度1BHN(HB鋼鐵及鑄鐵30×D10×D5×D×D×D×D3000100050025012550750250125188160-50050-31525-15012-806-403-20每一試片至少須作五次試驗(yàn)，利用測(cè)量顯微鏡取凹痕直徑求取平均值，顯微鏡標(biāo)尺測(cè)微顯微鏡使用法：調(diào)整目鏡使刻度清楚。C.鎖緊鎖鏡筒圈讀取刻度。留意：進(jìn)光缺口須朝向光線之來(lái)源。五、留意事項(xiàng)勿用手指摸觸鋼球，以防生銹?！睷amPiston〕下移越出界限，藉安全閥之作用，油料漏出，假設(shè)油料缺乏，將引起油噎現(xiàn)象，再也打不起壓力來(lái)。將試壓閥松開(kāi)取出，添加穎乾凈之液壓油，然後關(guān)閉，墊上試片，加壓試驗(yàn)，於2900kg伴同油料逸出，如此操作兩次以上，即可排出油內(nèi)空氣。各種材料施壓荷重及鋼球大小選擇應(yīng)適當(dāng)。鋼球壓痕器。本試驗(yàn)不適用於極薄和極窄之試片或壓痕深度大於表層厚度。施壓速率不應(yīng)太快，以免影響準(zhǔn)確度。六、試驗(yàn)結(jié)果紀(jì)錄(kg)(mm)平均直徑讀1 2 3

1 2 3 1 2 3試數(shù)(mm)試硬度值(H果 B平均硬度值備 注七、問(wèn)題爭(zhēng)論說(shuō)明為何材質(zhì)、荷重、鋼球直徑要有表一之規(guī)定。假設(shè)試片外表不為平面而是曲面，如何求得標(biāo)準(zhǔn)之凹痕直徑為何施壓於材料外表至少須30sec方可移去負(fù)荷抗拉強(qiáng)度與勃氏硬度之關(guān)系由Dohmer定則可知為：為橫座標(biāo)，作圖，并爭(zhēng)論之。之。試爭(zhēng)論凹痕距離邊緣及距離相鄰凹痕中心至少須3d之理由。勃氏硬度試驗(yàn)有何優(yōu)點(diǎn)適用於那些材料勃氏硬度試驗(yàn)有那些限制同種材料用不同的荷重進(jìn)展試驗(yàn)，其硬度值是否一樣試爭(zhēng)論之。洛氏硬度試驗(yàn)(RockwellHardnessTest)一、試驗(yàn)?zāi)康睦肦ockwell硬度試驗(yàn)機(jī)測(cè)定金屬材料之洛氏硬度值(H)。R二、試驗(yàn)設(shè)備與材料Rockwell圖三、.Rockwell硬度試驗(yàn)機(jī)硬度表。三、試驗(yàn)原理1.氏硬度試驗(yàn)機(jī)乃利用杠桿原理，將硬鋼球或金鋼石圓錐壓痕器，用確定的荷重壓入2.依材料軟硬不同，所使用的壓痕器、荷重及儀表數(shù)字顏色亦不同，其適用范圍如表三所示。表六、Rockwell之尺度選用表尺度壓 痕 器大荷重刻度 用 途B1/16〞鋼球B1/16〞鋼球100紅C金鋼石圓錐150黑A〃60黑D〃100黑E1/8〞鋼球100紅F1/16〞鋼球60紅G1/16〞鋼球150紅H1/8〞鋼球60K〃150紅L1/4〞鋼球60紅M〃100紅P〃150紅R1/2〞鋼球60紅S〃100紅V〃150紅

銅點(diǎn)金，鋁合金，軟鋼，可鍛鑄鐵等。HB１００之材料。R超硬合金〔如Cementedcarbides，及剃刀片等硬薄片。淺硬化鋼。薄金屬片，外表硬化鋼，中硬化退火銅合金，軟的薄金屬片，軸承合金。球會(huì)被壓扁〕Al,Zn,Pb,粉未治金制品。〔如樹(shù)脂制品等〕對(duì)淬火鋼及較硬質(zhì)之材料所使用的壓痕器是頂角120°，尖端0.2mm的金鋼石圓錐CHCR1/16100kgBHBR10kg，以加此小荷重時(shí)的壓入深度做基準(zhǔn)，其次再140kg90kg，150kg，100kg〔如圖四所示〕加小荷重的目的，乃在消退試片外表不平或雜質(zhì)等影響。圖四、加上主副荷重之步驟由刻度盤(pán)直接讀出，讀出方法如下：100mmhh/=500×h〔HEHVHBHC100，所R R R RHC=500×h〔HAHDHC。R R R R四、試驗(yàn)方法試驗(yàn)機(jī)之預(yù)備：選擇適當(dāng)?shù)匿r座在機(jī)臺(tái)咱并清潔之。依照材料狀況選擇并設(shè)定適當(dāng)之壓痕器及荷重?；覊m、污垢、油脂及刮傷等。根本荷重之歸零操作：針轉(zhuǎn)至紅點(diǎn)中心，同時(shí)長(zhǎng)指針亦隨著旋轉(zhuǎn)至垂直指向的上端，CC0，BB30〔其偏轉(zhuǎn)容許誤差為±5。10kg壓力，這樣才是完成歸零校正。〔60，100150kg〕會(huì)漸漸地作用在試片上，此時(shí)長(zhǎng)指針?lè)磿r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，順時(shí)針?lè)较蜃x取刻度盤(pán)之紅〔或黑〕刻度之讀數(shù)，即得硬度值。重復(fù)上述步驟，測(cè)試五點(diǎn)求取平均值。試驗(yàn)完畢，取下試片，并將儀器清潔保養(yǎng)之。五、留意事項(xiàng)壓痕器調(diào)換後須施行預(yù)備試驗(yàn)二次，加以試驗(yàn)機(jī)之最大荷重，而後使用之。試驗(yàn)硬度高之不明材料時(shí)，應(yīng)依A、D、C錐。同一點(diǎn)不行作二次以上試驗(yàn)，極硬材料亦不宜試驗(yàn)。不管試片之厚度如何，均不行將試片重疊試驗(yàn)，否則其硬度會(huì)有誤差。試件只能單面測(cè)試，不行同時(shí)測(cè)試兩面以造成不準(zhǔn)。2潔。各部操作宜緩慢進(jìn)展，避開(kāi)振動(dòng)及沖擊，影響了準(zhǔn)確度及壓痕器受損。六、試驗(yàn)結(jié)果紀(jì)錄試件編號(hào)試件編號(hào)材料種類(lèi)(kg)使用壓痕器及洛尺度標(biāo)測(cè)試結(jié)果(mm)123123123硬度值(HR)平均硬度值備注七、問(wèn)題爭(zhēng)論試爭(zhēng)論洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)其C與B尺度之零點(diǎn)不相全都之理由0~70之硬度Ｂ尺度僅能測(cè)R30~100R以素碳鋼為試片材料，含碳量為橫座標(biāo)，洛氏硬度值為縱座標(biāo)作圖試爭(zhēng)論圓斷面試桿之誤差因素試畫(huà)出洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)之構(gòu)造略圖洛氏硬度試驗(yàn)有何優(yōu)點(diǎn)洛氏硬度試驗(yàn)先加一小荷重，其目的為何試說(shuō)明洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)其壓痕過(guò)程蕭氏硬度試驗(yàn)〔ShoreHardnessTest〕一、試驗(yàn)?zāi)康纳枋捠嫌捕仍囼?yàn)機(jī)的操作及試驗(yàn)方法二、試驗(yàn)設(shè)備與材料蕭氏硬度試驗(yàn)機(jī)及其附件〔如圖五所示。試片。三、試驗(yàn)原理

圖五、蕭氏硬度試驗(yàn)機(jī)其原理圖〔如圖六〕所示，Shore硬度試驗(yàn)為動(dòng)力荷重之硬度是把確定重量的小錘〔尖端裝有小的金鋼石diamond〕掛在垂直玻璃管管內(nèi)確定的高度，自此高度使小ShoreHs假定小錘的自由落下高度為h，反跳的高度為h時(shí)，由下式可得Shore硬度0Hs=10000/65×h/h0(注)：經(jīng)過(guò)淬火的高碳鋼〔麻田散鐵組織〕其平均反跳高度當(dāng)做Shore硬度100。蕭點(diǎn)須留意。圖六、蕭氏硬度試驗(yàn)圖僅能比較同種材料〔彈性能一樣者〕之硬度。例如樹(shù)指以壓痕深度表其硬度則格外Shore一點(diǎn)不行重復(fù)試驗(yàn)，因該點(diǎn)受撞擊後起加工硬化。Shore氏硬度皆示，由於小錘端金鋼石粒之損傷，落下筒之污染，簡(jiǎn)潔發(fā)生差Vickers90~95、60~65、30~35試片來(lái)校正試驗(yàn)機(jī)之總誤差。H表四、Shore硬度與基片之Vickers硬度之關(guān)系HH H H H HS V S V S V19645.81619945582420346083220746584021147084821447585621822248048586487222664 490880229496888233501896試片最小厚度依材料而異，安全剃刀片等硬鋼為0.15mm，常溫加工未退火之鋼與0.25mm，0.38mm，0.4mm。2d〔d=凹痕直徑〕4mm四、試驗(yàn)方法〔調(diào)整試驗(yàn)的水平調(diào)整螺旋，使小重錘吊在小圓孔的正中或用水平儀調(diào)整。用右手壓緊橡皮球後很快放松，把小錘吸上玻璃上端確實(shí)定高度。Handle20kg〔讀反跳高度時(shí)，讀整數(shù)或者讀到的程度即可。(注)：a.D快，其指示值會(huì)較高，通常把握為601秒1個(gè)回轉(zhuǎn)以下為宜。5mm，5mm以上。d.勿用手摸撞錘，以確保周密度。CShoreHsCDShoreHsD五、留意事項(xiàng)須在試片外表求數(shù)點(diǎn)硬度，以求平均值。硬度值求至小數(shù)點(diǎn)以下一位。同一點(diǎn)不行做二次以上之測(cè)定。試片之厚度須使凹痕反面無(wú)壓凹痕跡。5mm5mm勿用手摸撞錘，以確保周密度。六、試驗(yàn)結(jié)果記錄試件編號(hào)材料種類(lèi)第一次其次次測(cè)第三次試值第四次第五次HS

1 2 3 4 5 6備 注七、問(wèn)題爭(zhēng)論H，H，HB R S硬度值到底有可價(jià)值〔假設(shè)一材料之彈性能大，硬度大，則Shore硬度值仍很大，我們?nèi)〉闷渲档降子泻斡谩吃嚑?zhēng)論之。如墩座沒(méi)有壓緊試片，試爭(zhēng)論可能發(fā)生的影響。如何用標(biāo)準(zhǔn)試片檢驗(yàn)誤差如有誤差應(yīng)如何處置硬度試驗(yàn)讀數(shù)偏高或偏低各有那些因素造成維氏硬度試驗(yàn)──微小硬度試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康牧私馕⒘坑捕仍囼?yàn)機(jī)之性能、原理操作法，并求取硬度值。二、試驗(yàn)儀器500102520530〔如圖七〕Vickers100、200、400照明裝置。數(shù)值檢測(cè)裝置。：10gm、20gm、30gm、50gm、100gm、200gm、300gm、500gm、1000gm三、試驗(yàn)原理本試驗(yàn)機(jī)之特徵：安裝有測(cè)量顯微鏡、量取凹痕對(duì)角線長(zhǎng)度、可測(cè)至0.001mm，準(zhǔn)確又便利。101000公克，可自由選用，因材料之厚薄軟硬而選定所須之荷重，材料受壓後，造成永久變形，量取對(duì)角線長(zhǎng)度，求取硬度值。VickersH=P/A=d2(kg/mm2)VP=荷重(kg)A=壓痕外表積(mm2)凹痕之平均對(duì)角線長(zhǎng)度(mm)θ=本對(duì)面夾角10~以上，否則誤4d，2d。使用單位一般使用gram(公克)較便利，故上式寫(xiě)成HV=P/A=×1000=d(g/mm2)。於金屬組織中之樹(shù)枝狀晶類(lèi)，瘦長(zhǎng)組織硬度之測(cè)定均極為便利。～保持～解除之一連串動(dòng)作自動(dòng)操作。與以前由人工操作比較，完全沒(méi)有人為之誤差發(fā)生。其機(jī)構(gòu)承受獨(dú)特之油壓閥門(mén)與彈簧之組合方式，不使用馬達(dá)，在試驗(yàn)中，一切振動(dòng)均不發(fā)生。荷重保持時(shí)間，用計(jì)時(shí)器把握，可任意設(shè)定之。金鋼鉆壓痕器與計(jì)測(cè)顯微創(chuàng)之更換系用轉(zhuǎn)塔式把手，當(dāng)負(fù)荷終了後只須輕輕回轉(zhuǎn)90°，顯微鏡即可對(duì)準(zhǔn)壓痕而觀測(cè)之。微動(dòng)載物臺(tái)之移動(dòng)量對(duì)試件之大小較以前所測(cè)定之裕度為大。400四、試驗(yàn)方法：本試驗(yàn)室為AKASHI-MVK-E型微小硬度計(jì)1.試驗(yàn)前之預(yù)備：使用專(zhuān)用之防震臺(tái)。試驗(yàn)機(jī)裝在測(cè)定臺(tái)上要裝置三個(gè)水平調(diào)整用腳及水準(zhǔn)器，符合正確水平。去，并放松其固定用螺絲後再把上部機(jī)蓋裝回原處。全。整目鏡使能清楚觀看。將試件裝上微動(dòng)載物臺(tái)，旋轉(zhuǎn)試件上下用之把手使載物臺(tái)上升與試驗(yàn)面之焦點(diǎn)相90°，轉(zhuǎn)至壓痕器。此時(shí)壓痕器尖端與試件面之間隔僅～0.4mm。時(shí)荷重即按設(shè)定時(shí)間作用。時(shí)赤色指示燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。到壓痕之大小。此壓痕對(duì)角線之長(zhǎng)度，可用計(jì)測(cè)顯微鏡讀出。讀出單位為μ，由硬度數(shù)算出或查五、留意事項(xiàng)振動(dòng)之影響，防震應(yīng)格外留意，可能的話，使用防震臺(tái)為佳。使用老虎鉗抓緊穩(wěn)固之。0.0002mmAceton〔外表硬化之試件以硬化深度為厚度〕須壓痕深度的十倍以上。而壓1/7，亦即壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度之倍以上即可。壓痕與舊壓痕間之距離及與試件端面間之距離分別為對(duì)角線長(zhǎng)度之4為佳。維氏硬度亦適合相像法則，但以試料材質(zhì)均勻?yàn)橄?，因此不均一之試料，硬度?shù)值〔例如〕1KgHv500Hv(1)500。布、良質(zhì)清潔液擦拭之。如仍不鮮亮?xí)r，則拆下對(duì)物鏡，檢查是否有裂痕或割傷，如有則非換不行。常年使用之顯微鏡內(nèi)部有污點(diǎn)時(shí)，應(yīng)送廠檢修之。4020多少會(huì)不一樣宜留意。留意記錄指示燈之使用狀況，避開(kāi)操作不當(dāng)而損毀壓痕器。上升下降之主軸要時(shí)常加油，為防灰塵進(jìn)入，加油處有防塵裝置。六、試驗(yàn)結(jié)果記錄試件編號(hào)材料種類(lèi)試驗(yàn)荷重〔gm〕使用壓痕器及顯微物鏡