《工程材料及热加工》实验指导书

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1、工程材料及热加工实验指导书湖北文理学院机械与汽车工程学院机械基础教研室16实验一硬度实验一、实验目的1、了解布氏硬度计、洛氏硬度计、里氏硬度计的主要构造及操作方法。2、初步掌握布氏硬度值、洛氏硬度值、里氏硬度值的测定方法。3、初步建立碳钢的含碳量与其硬度间的关系和热处理能改变材料硬度的概念。二、实验概述硬度试验设备简单，操作迅速方便，不需要专门制备试样，也不破坏被测试的工件。因此，在工业生产中，被广泛应用于产品质量的检验。此外，硬度值与其他力学性能及某些工艺性能（如切削加工性、冷成形性等）都有一定的联系，故在产品设计图样的技术条件中，硬度是一项主要技术指标。目前，在测定硬度的方

2、法中，最常用的是压入硬度法。其中以布氏硬度和洛氏硬度应用最广。它们的试验原理都是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测金属材料的表面，根据压头被压入的程度来测定其硬度值。1、布氏硬度布氏硬度试验方法是将一直径为D的淬火钢球或硬质合金球在规定载荷F的作用下压入被测试金属表面，停留一定时间后卸除载荷，在被测试金属表面上形成一个直径为d的压痕。计算出压痕单位面积所承受的平均压力，以此作为被测试金属的布氏硬度值。但实际试验时都是用读数显微镜测出压痕直径d，再根据d值，查对照表得出所测的硬度值。当压头为淬火钢球时，硬度符号为HBS，适用于布氏硬度值低于450的金属材料；当压头为硬质合金

3、球时，硬度符号为HBW，适用于布氏硬度值为450～650的金属材料。在进行布氏硬度试验时，应根据被测试金属材料的种类和试样厚度，选用不同大小的球体直径D、施加载荷F和载荷保持时间。布氏硬度试验法因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，故试验结果较准确。但因压痕较大，不宜测试成品或薄片金属的硬度。2、洛氏硬度洛氏硬度试验方法是以一个锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的钢球为压头，在先后两次截荷（初载荷与主载荷）作用下，压入被测试金属表面，然后卸除主截荷，在保留初载荷情况下，测出由主截荷引起的塑性变形的压力深度h，再由h值确定洛氏硬度值。h值愈大时

4、，被测试金属的洛氏硬度值愈低；反之，则愈高。在实际试验时，都是由硬度计的指示器表盘上直接读出所测的硬度值。洛氏硬度试验时，可用不同压头和不同的主载荷组成不同的洛氏硬度标尺。最常用的是HRA、HRB、HRC三种，其中HRC适用于测量硬度值高于230HBS的较硬金属；HRB适用于测量硬度值低于230HBS的较软金属；HRA适用于测量硬脆的金属材料或浅层表面硬化的金属。洛氏硬度试验操作迅速简便，且压痕较小，可以测定成品或较薄金属的硬度，故目前生产上应用广泛。退火状态碳钢的硬度一般是随着含碳量的增加而逐渐增加。3、里氏硬度●工作原理16用规定质量的冲击体在弹力作用下，以一定速度冲击试样

5、表面，用冲头在距试样表面1mm处回弹速度与冲击速度的比值计算硬度值。计算公式如下：HL＝1000×VB/VA式中：HL——里氏硬度值VB——冲击体回弹速度VA——冲击体冲击速度●适用范围碳钢、铸铁、合金钢●主要用途已安装的机械或永久性组装部件。模具型腔。重型工件。压力容器、汽轮发电机组及其设备的失效分析。试验空间很狭小的工件。轴承及其它零件。要求对测试结果有正规的原始记录。金属材料仓库的材料区分。大型工件大范围内多处测量部位的快速检验。三、实验设备及注意事项1、布氏硬度计布氏硬度试验主要设备有布氏硬度计和读数显微镜。常见的布氏硬度计有液压式和机械式两大类。用机械式布氏硬度计试验

6、时，先将试样放在工作台上，按顺时针方向转动手轮，使工作台上升至试样与压头接触，并在手轮打滑后，再开动电动机，经二级蜗轮蜗杆减速器减速后，驱动连杆与摇杆向下运动，此时压头在砝码通过大杠杆、小杠杆及压轴作用下，以一定大小的载荷压入试样。停留一定时间后，电动机自动反转，曲柄连杆带动摇杆上升而卸除载荷。在关闭电动机后，反时针方向转动手轮，使工作台下降并取下试样。最后用读数显微镜测出压痕直径d，根据d的大小查表即可求得布氏硬度值。2、洛氏硬度实验注意事项（1）清理试样表面。被测表面应无油脂、氧化皮、裂纹、凹坑、显著的加工痕迹以及其它外来污物。（2）根据试样材料选择压头及载荷。根据试样形状

7、选择合适的工作台。工作台表面、试样的支承面和压头表面均应清洁。（3）把试样稳固地放在硬度计工作台上，按洛氏硬度计的操作顺序进行试验，试验中心必须保证载荷平衡地垂直施加于试样的测试表面，不得有冲击或震动。然后由指示器上读得硬度值并作好记录。（4）移动试样，并在另一位置继续进行试验，两相邻压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘距离一般不得小于3mm，前后共测三点，计算后两次试验得出硬度值的平均值，并作好记录。3、里氏硬度计使用前的准备和检查（1）在制备试样表面过程中，应尽量避免由于受热、冷加工等对