实验讲义八 材料的硬度试验

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1、实验八材料的硬度试验一、金属的硬度试验概述金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强度指标σb及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。硬度的试验方法很多，在

2、机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。压入法硬度试验的主要特点是：1．试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。2．金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系：σb＝K·HB式中：σb—材料的抗拉强度值；HB—布氏硬度值；K—系数。退火状态的碳钢K=0.34～0.36合金调质钢K=0.33～0.35有色金属合金K=0.33～0.533．硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也较好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往

3、只标注硬度值，其原因就在于此。4．硬度测定后由于不仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。5．设备简单，操作迅速方便。（一）实验目的1.了解硬度测定的基本原理及应用范围；2.了解洛氏硬度计的主要结构及掌握操作方法；3.了解布氏硬度计的主要结构及掌握操作方法。（二）洛氏硬度（HR）1．洛氏硬度试验的基本原理洛氏硬度属于压入硬度法，但它不是测定压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。其试验原理如图1所示。图1洛氏硬度试验原理图洛氏硬度试验所用压头有两种：一种是顶角为120°的金刚石圆锥，另一种是直径为（1.588mm）或（3.176mm

4、）的淬火钢球。根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，最常用的是HRA、HRB、HRC。这三种洛氏硬度的压头、负荷及使用范围列于表1。洛氏硬度测定时，需要先后两次施加载荷（预载荷和主载荷），预加载荷的目的是使压头于试样表面接触良好，以保证测量结果准确，图1中0-0位置为未加载荷时的压头位置，1-1位置为加上10kgf预加载荷后的位置，此时压入深度为h1,2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度为h2,h2包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹性变形恢复二稍提高到3-3位置，此时压头的实际压人深度为h3。洛氏硬度就是以主载荷所

5、引起的残余压入深度（h=h3-h1）来表示。但这样直接以压入深度的大小表示硬度，将会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值大的现象。为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致，采用一常数（K）减去（h3-h1）的差值表示硬度值。为简便起见又规定每0.002mm压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格）。表1洛氏硬度的试验范围材料硬度范围（HB）试样厚度（mm）钢球直径D（mm）载荷（kgf）载荷保持时间（s）黑色金属140～450<1406～34～2<2>66～3<330101052.51052.53000750187.5100025062.51010铝合金及镁合金

6、36～120>66～3<3101052.5100025062.530铝合金及轴承合金8～35>66～3<32.51052.525062.515.660洛氏硬度值的计算公式如下：式中：h1——预加载荷压人试样的深度（mm）；h3——卸除主载荷后压人试样的深度（mm）；K—常数，采用金刚石圆锥时K=0.2(用于HRA、HRC)，采用钢球时K=0.26（用于HRB）。因此，上式可改为：HRC(或HRA)=100-HRB=130-2．测定洛氏硬度的技术要求（1）根据被测金属材料的硬度高低，按表1选定压头和载荷。（2）试样表面应平整光洁，不得有氧化或油污以及明显的加工痕迹。（

7、3）试样厚度应不小于压人深度的10倍。（4）两相邻压痕及压痕离试样边缘的距离均不应小于3mm.（5）加载时力的作用线，必须垂直于试样表面。3．洛氏硬度计的结构和操作（1）H-100型杠杆式洛氏硬度计的结构如图2所示，其主要部分及作用如下：1-支点；2-指示器；3-压头；4-试样；5-试样台；6-螺杆；7-手轮；8-弹簧；9-按钮；10-杠杆；11-纵杆；12-重锤；13-齿杆；14—油压缓冲器；15-插销；16-转盘；17-小齿轮；18-扇齿轮 图2H-100型杠杆式洛氏硬度计的结构图①机体及工作台：试验机有坚固的铸铁机体，在机体前面安装有不同形状的工作台，通过