4材料硬度测试-张力

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1、四、材料硬度测试一、实验目的：1.掌握常用的金属材料硬度测试原理；2.通过本实验要求掌握布氏硬度、洛氏硬度、和维氏硬度的原理和基本操作方法；3.用洛氏硬度测定材料硬度。二、实验仪器，材料：硬度计、待测样品三、实验原理1)布氏硬度：用一定直径D（mm）的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力F（N），将其压入试样表面（图2），经规定保持时间t（s）后卸除试验力，试样表面将残留压痕。求得单位压痕球形表面积上的试验力就是布氏硬度值，用HB表示，其计算公式为：(√)其中A—压痕球形面积（mm2）;d—压痕平均直径（mm）DF试样表面

2、试样表面dh图1不是硬度试验原理图布氏硬度试验主要用于室温下黑色、有色金属原材料检验。布氏硬度的优点是压痕面积大，能反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能，不受个别相和微区不均匀性的影响。布氏硬度分散性小，重复性好。其缺点是由于压痕面积大，不适于成品件，测试不同硬度的材料需要更换压头直径和载荷，压痕直径测量比较麻烦。HBS表示用淬火钢球，适用于硬度值在450以下的材料，HBW表示用钨合金钢球，适用于硬度值在450以上的材料。HBS或HBW之前的数字表示硬度值，其后的数字依次为压头直径，压力和保持时间。2)洛氏硬度洛氏硬度是

3、直接测量压痕深度，压痕愈浅表示材料愈硬。由于深度可直接用百分表测出，洛氏硬度无需计算公式。在先后两次施加负荷（预负荷F0和主负荷F1）的作用下，将标准型的压头（金刚石圆锥压头或钢球压头）压入试样的表面，即在加完总负荷F（F=F0+F1）保持一定的时间，并卸除主负荷，保留预负荷的情况下，用计量主负荷作用下所产生的残余压入深度e来表示金属材料抵抗塑性变形的能力，如图2所示。e值越大金属的硬度越低，反之则硬度越高。洛氏硬度值用HR表示，并在符号后面注以所常用标尺A、B、C等。0hh1he试样表面基线100HRC0HRC=100-e图

4、2洛氏硬度实验原理洛氏硬度试验常用标尺所对应的压头、负荷硬度计算公式及应用见表1。表1洛氏硬度常用标尺所对应的压头、负荷、计算及应用举例预负荷总负荷标尺压头硬度值计算公式应用举例/N/N金刚石圆锥角硬质合金、渗碳A588120O顶端球面98HR=100-e/2钢C半径0.2mm1471淬火钢、调质钢软钢、铝合金、直径1.588mmB98980HR=100-e/2铜合金、可锻铸的钢球铁洛氏硬度试验主要用于室温下金属材料热处理后的产品硬度测试，测量范围为20～67HRC；60～85HRA；25～100HRB，测试标准为GB/T23

5、0-91《金属洛氏硬度试验方法》洛氏硬度的优点为硬度值可从硬度机的表盘上直接读出，渐变迅速，工效高；对试件表面造成的损伤较小，可由于成品零件的质量检测；加有预载荷，可以消除表面轻微的不平度对实验结果的影响。其缺点是不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较，由于压痕小，洛氏硬度对材料组织不均匀性很敏感，测试结果比较分散，重复性差3)维氏硬度维氏硬度的测试原理和方法基本上与布氏硬度相同，根据压痕表面积上所承受压力来定义硬度值。但测定维氏硬度所用的压头为金刚石制成的四方角锥体，o两相对面间的夹角为136，所加的载荷较小。实验时，以一相对两面

6、夹角为136°的金刚石正四棱锥形压头，在一定的负荷作用下，压入试样表面，经规定的保荷时间卸除负荷后，计量残留压痕两对角线长度（如图3）、并由此求出平均值。由实验负荷与残留压痕表面积之商计算出维氏硬度值。维氏硬度值用HV表示，其计算公式为：维氏硬度测试载荷通常为5kgf、20kgf，30kgf，50kgf和100kgf6种。其硬度值表示方法与布氏硬度相同。例如640HV30/20，最前面数字为硬度值，后面数字依次为载荷/保持时间。F试样表面d2d1图3维氏硬度实验原理图维氏硬度测试采用了四方角锥体压头，各种载荷作用下所得的压痕几

7、何相似，载荷大小随意选择，所得的硬度值均相同，不受布氏法那种载荷F和压头D的规定条件的约束。测量范围较宽，软硬材料均可测量。其压痕为一轮廓清晰的正方形，对角线长度易于精确测量，故精度较布氏法高。当材料硬度小于450HV时，维氏硬度与布氏硬度值大致相同。维氏硬度试验主要用于在室温下薄板材或金属表层的硬度测定以及较精确的硬度测定。适用测量范围为8～1000HV。测量标准有GB4340-84《金属维氏硬度试验方法》和GB5030-85《金属小负荷维氏硬度试验方法》（表面硬度）。四、实验步骤本次实验采用洛氏硬度测试实验前，应使用与试验

8、硬度相近的二级标准洛氏硬度块对硬度计进行校正。1.按表1规范，根据所测试样选择压头类型和主负荷的大小。2.根据试样形状与大小，选择适宜的工作台，将试样平稳地放在工作台上。3.顺时针转动手轮，使试样与压头缓慢接触，直至表盘的小指针指到“0”为止，此时即施加了10Kgf的预载荷。