4材料硬度測試-張力

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1、四、材料硬度測試一、實驗?zāi)康模?.掌握常用的金屬材料硬度測試原理；2.通過本實驗要求掌握布氏硬度、洛氏硬度、和維氏硬度的原理和基本操作方法；3.用洛氏硬度測定材料硬度。二、實驗儀器，材料：硬度計、待測樣品三、實驗原理1)布氏硬度：用一定直徑D（mm）的鋼球或硬質(zhì)合金球為壓頭，施以一定的試驗力F（N），將其壓入試樣表面（圖2），經(jīng)規(guī)定保持時間t（s）后卸除試驗力，試樣表面將殘留壓痕。求得單位壓痕球形表面積上的試驗力就是布氏硬度值，用HB表示，其計算公式為：(√)其中A—壓痕球形面積（mm2）;d—壓痕平均直徑（mm）DF試樣表面

2、試樣表面dh圖1不是硬度試驗原理圖布氏硬度試驗主要用于室溫下黑色、有色金屬原材料檢驗。布氏硬度的優(yōu)點是壓痕面積大，能反映出較大范圍內(nèi)材料各組成相的綜合平均性能，不受個別相和微區(qū)不均勻性的影響。布氏硬度分散性小，重復(fù)性好。其缺點是由于壓痕面積大，不適于成品件，測試不同硬度的材料需要更換壓頭直徑和載荷，壓痕直徑測量比較麻煩。HBS表示用淬火鋼球，適用于硬度值在450以下的材料，HBW表示用鎢合金鋼球，適用于硬度值在450以上的材料。HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，其后的數(shù)字依次為壓頭直徑，壓力和保持時間。2)洛氏硬度洛氏硬度是

3、直接測量壓痕深度，壓痕愈淺表示材料愈硬。由于深度可直接用百分表測出，洛氏硬度無需計算公式。在先后兩次施加負荷（預(yù)負荷F0和主負荷F1）的作用下，將標(biāo)準型的壓頭（金剛石圓錐壓頭或鋼球壓頭）壓入試樣的表面，即在加完總負荷F（F=F0+F1）保持一定的時間，并卸除主負荷，保留預(yù)負荷的情況下，用計量主負荷作用下所產(chǎn)生的殘余壓入深度e來表示金屬材料抵抗塑性變形的能力，如圖2所示。e值越大金屬的硬度越低，反之則硬度越高。洛氏硬度值用HR表示，并在符號后面注以所常用標(biāo)尺A、B、C等。0hh1he試樣表面基線100HRC0HRC=100-e圖

4、2洛氏硬度實驗原理洛氏硬度試驗常用標(biāo)尺所對應(yīng)的壓頭、負荷硬度計算公式及應(yīng)用見表1。表1洛氏硬度常用標(biāo)尺所對應(yīng)的壓頭、負荷、計算及應(yīng)用舉例預(yù)負荷總負荷標(biāo)尺壓頭硬度值計算公式應(yīng)用舉例/N/N金剛石圓錐角硬質(zhì)合金、滲碳A588120O頂端球面98HR=100-e/2鋼C半徑0.2mm1471淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼軟鋼、鋁合金、直徑1.588mmB98980HR=100-e/2銅合金、可鍛鑄的鋼球鐵洛氏硬度試驗主要用于室溫下金屬材料熱處理后的產(chǎn)品硬度測試，測量范圍為20～67HRC；60～85HRA；25～100HRB，測試標(biāo)準為GB/T23

5、0-91《金屬洛氏硬度試驗方法》洛氏硬度的優(yōu)點為硬度值可從硬度機的表盤上直接讀出，漸變迅速，工效高；對試件表面造成的損傷較小，可由于成品零件的質(zhì)量檢測；加有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對實驗結(jié)果的影響。其缺點是不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無法相互比較，由于壓痕小，洛氏硬度對材料組織不均勻性很敏感，測試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差3)維氏硬度維氏硬度的測試原理和方法基本上與布氏硬度相同，根據(jù)壓痕表面積上所承受壓力來定義硬度值。但測定維氏硬度所用的壓頭為金剛石制成的四方角錐體，o兩相對面間的夾角為136，所加的載荷較小。實驗時，以一相對兩面

6、夾角為136°的金剛石正四棱錐形壓頭，在一定的負荷作用下，壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保荷時間卸除負荷后，計量殘留壓痕兩對角線長度（如圖3）、并由此求出平均值。由實驗負荷與殘留壓痕表面積之商計算出維氏硬度值。維氏硬度值用HV表示，其計算公式為：維氏硬度測試載荷通常為5kgf、20kgf，30kgf，50kgf和100kgf6種。其硬度值表示方法與布氏硬度相同。例如640HV30/20，最前面數(shù)字為硬度值，后面數(shù)字依次為載荷/保持時間。F試樣表面d2d1圖3維氏硬度實驗原理圖維氏硬度測試采用了四方角錐體壓頭，各種載荷作用下所得的壓痕幾

7、何相似，載荷大小隨意選擇，所得的硬度值均相同，不受布氏法那種載荷F和壓頭D的規(guī)定條件的約束。測量范圍較寬，軟硬材料均可測量。其壓痕為一輪廓清晰的正方形，對角線長度易于精確測量，故精度較布氏法高。當(dāng)材料硬度小于450HV時，維氏硬度與布氏硬度值大致相同。維氏硬度試驗主要用于在室溫下薄板材或金屬表層的硬度測定以及較精確的硬度測定。適用測量范圍為8～1000HV。測量標(biāo)準有GB4340-84《金屬維氏硬度試驗方法》和GB5030-85《金屬小負荷維氏硬度試驗方法》（表面硬度）。四、實驗步驟本次實驗采用洛氏硬度測試實驗前，應(yīng)使用與試驗

8、硬度相近的二級標(biāo)準洛氏硬度塊對硬度計進行校正。1.按表1規(guī)范，根據(jù)所測試樣選擇壓頭類型和主負荷的大小。2.根據(jù)試樣形狀與大小，選擇適宜的工作臺，將試樣平穩(wěn)地放在工作臺上。3.順時針轉(zhuǎn)動手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直至表盤的小指針指到“0”為止，此時即施加了10Kgf的預(yù)載荷。