工程材料实验指导书_工程材料

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1、实验一硬度试验一、实验目的1.了解布氏、洛氏硬度的试验原理及适用范围。2.了解布氏、洛氏硬度计的基本结构，掌握布氏硬度、洛氏硬度的试验方法。二、实验概述硬度是衡量金属材料软硬程度的一种力学性能指标。它是材料强度、韧性、塑性和弹性等许多力学性能指标的综合反映。硬度的试验方法很多，基本可分为压入法和刻划法两大类。压入法又可分为动载压入法和静载压入法。常用的布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度均属于静载压入法的硬度试验。硬度值的物理意义随着试验方法的不同，其含义也不同。压入法的硬度值是材料表面抵抗另一物体压入时所引起的塑性变形的能力。硬度实验是金属力

2、学性能试验中最简单、迅速和易行的方法，可对零部件直接进行检验，且损伤小，为非破坏性试验。此外，硬度值和抗拉强度之间可以近似换算：式中K为系数，对不同材料和其不同的热处理状态K值不同，碳钢的K值为0.36，调质状态的合金钢为0.34，铸铝为0.26。正是因为硬度试验由上述优点，所以被广泛地应用于生产和科研等领域，布氏硬度和洛氏硬度就是硬度实验中最常用的两种方法。1、布氏硬度试验PDd图1布氏硬度试验原理图h（1）原理用一定大小的载荷P，把直径为D的淬火钢球(或硬质合金钢球)压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，金属压痕的表面积F除载荷

3、所得的商值就是布氏硬度值，用符号HB表示。试验原理如图1所示。（kg/mm2）实际试验时，由于压痕深度h较难测量，所以将式中h换为压痕直径d的表达式：因此①布氏硬度值的计算与查表20用读数显微镜测出压痕直径d后代入上述公式，即可算出布氏硬度值，但在实际应用中一般不用公式计算，只须查表（见附表）便可得到相应的布氏硬度值。②载荷及压头钢球的选择DdPΦDdPΦDdPΦ图2压入角恒定示意图由于金属材料有软有硬，试样有薄有厚，有大有小，如果只采用一种标准的载荷和钢球直径，则可能对有些试样合适，而对另一些试样不合适，例如有些试样会发生整个钢球陷入

4、金属中的现象或有些试样会出现被压透的现象。因此，进行布氏硬度试验时，要采用不同的载荷和不同直径的钢球。而对同一种材料采用不同的载荷及不同的压痕直径进行布氏硬度试验，其硬度值应相同。这样就必须使压痕的立体几何形状相似，即压入角恒定,这样才能保证所测硬度值相等。如图2所示。，③压痕直径的范围用读数显微镜测得的压痕直径应在0.25D﹤d﹤0.6D范围内d过小，说明载荷和压头选择的小，数据准确性将降低，d过大，钢球刚度及试验机构不能承担，即欲使HB及恒定，P/D2亦应为一不变常数K，通常常数K值有30、10、2.5三种。只有利用不同的K值，才能

5、将d调到上述规定范围，只有当K值相同时，测出的布氏硬度值才能相互比较。在测量布氏硬度时，应根据试样的牌号，金属种类，状态，厚度来选择P、D、K20值。如表1所示。表1：布氏硬度试验规范金属种类布氏硬度值范围（HB）试样厚度（mm）K值（P/D2）压头直径D（mm）载荷P（kgf）保荷时间T（s）黑色金属140~4506~33010.03000104~25.0750〈22.5187.5<140〉61010.01000106~35.0250有色金属>1306~33010.03000304~25.0750〈22.5187.536~1309~3

6、1010.01000306~35.02508~35〉62.510.025060④布氏硬度的标注在选择P=3000kg、D=10mm，T=10s时，国家标准规定：可不标注布氏硬度值的单位（kgf/mm2）。所测得的硬度值可写成HB×××。如HB175、HB388。当P、D、T选择非上述数据时，应以有关数据标明。如HB5/250/30=180，则表示用5mm直径的压头、在250kgf载荷作用下、保荷30s后，所测得的布氏硬度值为180。⑤对试样的要求试样的硬度：试样的硬度应小于HB450，以防止压头变形和损坏。试样的厚度：试样的厚度不应小于

7、压痕深度的10倍。试样的面积：必须保证压痕中心距试样边缘的距离不得小于压痕直径的2.5倍，两个压痕之间的距离不得小于压痕直径的4倍。这是为了避免压痕附近的硬化现象，导致相邻压痕减小，硬度偏高。试样的粗糙度≤Ra0.8μm(2)布氏硬度试验特点压痕面积大，能测出试样较大范围内的性能，不受个别组织的影响，特别适合测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料；数据稳定，重复性强；由于压痕较大，因此不适合成品及薄片金属检验。通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等原材料及结构钢调质件的硬度。2.洛氏硬度试验（1）原理20洛氏硬度试验也是压痕实

8、验法。与布氏不同的是：布氏是测量压痕面积，洛氏是测量压痕的深度。h2图3洛氏硬度试验原理图洛氏硬度试验法的压头采用锥度为120°的金刚石圆锥或直径为1.588mm（1/16in）的钢球。分别施加两次载荷，先