實(shí)驗(yàn)一 材料的硬度測(cè)試

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1、實(shí)驗(yàn)一材料的硬度測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆詹肌⒙?、維三種硬度的原理和測(cè)試方法。掌握顯微鏡硬度的測(cè)試方法及原理。給定各種狀態(tài)的材料選擇適用的硬度測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理金屬材料的硬度可以認(rèn)為是金屬材料表面局部區(qū)域在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變形或破裂的能力。由于在金屬表面以下不同深處材料所承受的應(yīng)力和所發(fā)生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合反映壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強(qiáng)化能力以及大量形變抗力，是表征材料性能的一個(gè)綜合參量。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。?硬度測(cè)量能夠定量地給出金

2、屬材料軟硬程度的相對(duì)數(shù)量概念。?硬度的實(shí)驗(yàn)方法有十多種，基本可分為壓入法和刻劃法兩大類。在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用壓入法來(lái)測(cè)定硬度。壓入法又可分為布氏硬度、洛氏硬度等，它們只是一些不同的實(shí)驗(yàn)方法而已，沒(méi)有什么必然的內(nèi)在關(guān)系。?壓入法硬度實(shí)驗(yàn)有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致它在生產(chǎn)和科研中的廣泛應(yīng)用：?1、?硬度實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅速方便；?2、?實(shí)驗(yàn)對(duì)象可以是各類工程材料和各種尺寸的零件，無(wú)須加工專門(mén)的試樣，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)一般不會(huì)破壞成品零件；?3、?作為一種綜合的性能參量，硬度與其他機(jī)械性能指標(biāo)之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，從一定程度上，可用硬度

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果估算相關(guān)性能而免做復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。如：?金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)之間存在著如下近似關(guān)系：?бb=K*HB?式中：бb?—材料的抗拉強(qiáng)度；?K—系數(shù)，取值見(jiàn)表一；?HB—布氏硬度。?4、?材料的硬度還與工藝性能之間有聯(lián)系，可以作為評(píng)定材料工藝性能的參考；?5、?硬度能敏感地反映材料的成分與組織結(jié)構(gòu)的變化，可用來(lái)檢驗(yàn)原材料和控制冷熱加工質(zhì)量。（一）布氏硬度：?布氏硬度實(shí)驗(yàn)是對(duì)試樣施加一定大小的載荷P，將直徑為D的鋼球壓入試樣表面保持一定時(shí)間，然后卸除載荷，根據(jù)鋼球在試樣表面上所壓出的凹痕面積F∞求出平均應(yīng)力值，以此作為硬度值的計(jì)

4、量指標(biāo)，用符號(hào)HB表示。??計(jì)算公式如下：?HB=P/F∞式中：HB—布氏硬度；P—施加外力，N；F∞—壓痕面積，mm2。?根據(jù)壓痕面積和球面之比等于壓痕深度h和鋼球直徑D之比的幾何關(guān)系，可以求出：?F∞=πDh?式中：D—壓頭直徑，mm；h—壓痕深度，mm。?由于測(cè)量壓痕直徑d要比測(cè)定壓痕深度h容易，而在數(shù)學(xué)表達(dá)式中可將h的改換成d來(lái)表示，這樣，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，可由壓痕直徑d直接查表得到HB值。?當(dāng)壓頭為淬火鋼球時(shí)，硬度符號(hào)為HBS，適用于布氏硬度值低于450的金屬材料；當(dāng)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，硬度符號(hào)為HBW，適用于布氏硬度

5、值為450~650的金屬材料。?由于金屬材料有軟有硬，所測(cè)工件有厚有薄，若只采用一種載荷和同一個(gè)壓頭直徑，則可能對(duì)有些試樣合適，而對(duì)另一些試樣不合適，會(huì)發(fā)生整個(gè)壓頭陷入試樣中或?qū)⒃嚇訅和傅默F(xiàn)象。所以，在測(cè)定不同材料時(shí)應(yīng)用不同的載荷P和不同的直徑D的鋼球。但為了得到統(tǒng)一的、可以進(jìn)行相互比較的數(shù)據(jù)，必須使D和P之間維持一定的比值關(guān)系，以保證所得到的壓痕形狀的幾何相似關(guān)系。經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)可知，只要滿足P/D2=常數(shù)，所得到的HB值就是一樣的，不同材料、不同載荷P和壓頭直徑D所得到的HB可以進(jìn)行相互比較。國(guó)標(biāo)GB231-88對(duì)此進(jìn)行了規(guī)

6、定，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和適用范圍參見(jiàn)表一布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范。?試樣厚度不應(yīng)小于壓痕深度的10倍。壓痕中心距試樣邊緣的距離不應(yīng)小于壓痕直徑的2.5倍，而距相鄰壓痕中心距離不小于壓痕直徑的4倍。?用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量壓痕直徑時(shí)，應(yīng)從相互垂直的兩個(gè)方向測(cè)量，精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位的毫米值，并取其算術(shù)平均值。壓痕直徑之差應(yīng)不大于較小直徑的2%。?實(shí)驗(yàn)后壓痕直徑大小應(yīng)在0.25D＜d＜0.6D范圍內(nèi)，否則認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效；試驗(yàn)后試樣邊緣與試樣背面呈變形痕跡，則試驗(yàn)無(wú)效，這時(shí)均應(yīng)重新選擇試驗(yàn)條件重做。?（二）洛氏硬度：?洛氏硬度試驗(yàn)常用的壓頭為圓錐角1

7、200、頂部曲率半徑0.2MM的金剛石錐體或直徑D=1.588mm的淬火鋼球。試驗(yàn)時(shí)先對(duì)試樣施加初試驗(yàn)力F0，在金屬表面得一壓痕深度h0，以此作為測(cè)量壓痕深度的基線，隨后再施加主試驗(yàn)力F1，此時(shí)壓痕深度的增量為h1。金屬在F1作用下產(chǎn)生的總變形h1中包括彈性變形和塑性變形。當(dāng)卸載后，總變形中的彈性變形恢復(fù)，使壓頭回升一段距離，于是得到金屬在F1作用下的殘余壓痕深度h（將此壓痕深度h表示成e，其值以0.002為單位表示）。e值越大表示金屬洛氏硬度越低，反之，則表明硬度越高。?為了照顧習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念，用一常數(shù)k減去

8、e來(lái)表示洛氏硬度值，并以符號(hào)HR表示，即：?HR=k—e?當(dāng)使用金剛石圓錐體壓頭時(shí)，常數(shù)k定為100；當(dāng)使用淬火鋼球壓頭時(shí)，常數(shù)k定位130。?實(shí)際測(cè)量洛氏硬度時(shí)，由于在硬度計(jì)的壓頭上方裝有百分表，可直接測(cè)量出壓痕深度，并可直接按上式換算出相應(yīng)的硬度值。因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中金屬的洛氏硬度值可