碳素钢硬度试验

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1、材料基礎實驗（一）硬度試驗硬度試驗陳士教授編撰壹、概說硬度試驗是測試材料機械性質中極常用且最簡易及方便，然而也可能是定義最不明確的。一般而言，硬度意味著材料對於塑性變形的抵抗能力，但仍有許多其它的定義，現有數種不同硬度之定義為基礎而設計分類的，亦是我們如今所通用的。1.受靜力或動力作用時產生殘留變形之永久壓痕抵抗者，謂之壓痕硬度例如：勃氏、洛氏、維氏等型式之硬度試驗。2.對於衝擊荷重之能量吸收之程度者謂之反跳硬度，例如：蕭氏硬度試驗。3.對於刮（劃）痕之抵抗謂之刮痕硬度，例如：莫氏、麻田劃痕及銼磨試驗等。4.對於磨損之抵抗謂之磨耗硬度，例如：磨耗試驗等。

2、5.對於切削或鑽削之抵抗謂之切削硬度或切削性，例如：切削硬度試驗等。貳、硬度試驗之應用範圍1.同類材料可依硬度值之不同而分類檢別，並指定某種硬度之材料可供某項用途。但須注意者為硬度不能像抗拉強度可以直接應用於設計上。2.因屬於非破壞性試驗，故常用於材料及產品之品質管制，包括金屬之材質是否均勻、熱處理及表面硬化與常溫加工等之是否適當等。3.訂定硬度與抗拉強度之關係，因為簡單之硬度試驗常可概略測知材料之抗拉強度。（如圖一）圖一、鋼料抗拉強度與硬度之一般關係19材料基礎實驗（一）硬度試驗大多數之硬度試驗皆能以如表一之方式來分類。表一、各種硬度試驗之分類試驗工具或

3、作用物質荷重作用線之方向荷重一定，壓痕或磨損量可變動壓痕或磨損量一定荷重可變量靜力動力靜力動力二個試體，一者壓於他者直交於試體表面Beaumur(1922)用較試體更硬之材料作為工具直交於試體表面Brinell(1900)Rockwell(1920)Vickers(1925)Knoop(Tukon)(1939)Shorescleroscope(1906)BallentineCloudburstSchmidt各種磨損試驗（如吹沙）Monotron木材硬度試驗平行於試驗體表面MartenScleroscope(1989)BierbaumScleroscopeH

4、erbert擺(1923)切削性試驗（切削、鑽孔等）各種磨損試驗（如Dorry等）Allcut及TurnerScleroscope（1887）各種定性用劃痕硬度試驗－Mohs（1822）19材料基礎實驗（一）硬度試驗參、實驗部份勃氏硬度試驗（BrinellHardnessTest）一、實驗目的利用Brinell硬度試驗機測定金屬材料之勃氏硬度值（HB）。二、實驗設備與材料1.勃氏硬度試驗機2.測微顯微鏡3.HB硬度表4.試片三、實驗原理勃氏硬度機如圖二所示，其原理乃藉一標準硬質鋼球（通常其硬度值為圖三、勃氏硬度機19材料基礎實驗（一）硬度試驗BHN450）

5、，用一定荷重壓入試件表面，使試片形成球面之壓痕，產生塑性變形，此時所加之荷重P除以球面壓痕之表面積，所得之商謂之勃氏硬度值，一般用HB或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之關係可由表二查知，施壓時間以能產生充份塑性變形為原則，一般對鋼鐵等較硬材料施壓15~30秒，對銅鋁等較軟金屬則施壓60秒。壓力除去後，取出試片，用測微顯微鏡量取試片凹痕直徑，讀至0.05mm，則勃氏硬度值HB可推導如下：HB=因HB=而t=故HB=若以深度計量取凹痕深度ｔ，則ＨB=但因表面凹痕邊緣常隆起或陷下，故不準確，大都採用ＨB=式中，BHN(HB)：勃氏硬度

6、(Kg/mm2)但常不附單位。P=負荷(kgf)其範圍有100、250、500、750、1000、1500、2000、2500、3000kgf。D=鋼球直徑(mm)，通常有用10mm、5mm公差應在±0.005以內。d=壓痕平均直徑(mm)，目視公差須在0.02mm內。t=壓痕深度，通常不直接量度。四、實驗方法1.準備試片，表面挫平以砂紙磨光並去油質。2.對試樣之性質作精確之荷重選定（如表二），將試片平整置於試座上，擺置之位置應適宜（如前所述）使不受鄰近壓痕之影響。3.用手輪將試座升至與鋼球接觸為止，關閉釋壓閥，利用加壓桿，徐緩的將壓力升高至預定數值，砝碼

7、不得升高超過1/2吋以上。壓力維持30~60秒後，慢慢打開釋壓閥使荷重降為零。4.轉動手輪將試座降下，取出試片。如為電動式試驗機具以上均為自動。19材料基礎實驗（一）硬度試驗表二、各種材料試驗荷重P及鋼球直徑D之關係試驗材料負荷鋼球直徑及試驗荷重適於測定之硬度範圍BHN(HB)P(Kg)1052.51.251鋼鐵及鑄鐵銅及其合金鋁及其合金軸承等金屬鉛錫等金屬極軟之金屬30×D10×D5×D2.5×D1.25×D0.5×D300010005002501255075025012562.531.212.518862.531.515.67.83.146.915.6

8、7.83.92.00.830.010.05.02.51.20.51