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1、实验二 金属硬度的测定一、实验目的1、熟悉各种硬度计的构造原理、使用方法。2、熟悉各种硬度计的应用范围，并根据试样条件选择合适的试验方法。二、原理概述 硬度是测量金属表面在微小区域抵抗压入塑性变形的能力，它综合的反映了在压痕附近局部体积内金属的弹性，微量变形抗力、塑变强化能力和大量塑变抗力。是应用广泛的一种试验，和其它机械试验比较，有简单迅速，不太伤材料可作为成品检查等优点，而且它和强度有一定的关系。 金属材料硬度以压入法应用最广，压入法的原理是利用高硬度钢球，金刚圆锥或角锥，以一定压力压入被测金属表面，得到一个压痕，然后除去载荷，测压痕的直径，用对角线的宽度的大小来确定硬度。钢球或金刚石锥体
2、称为压头，所加压力称为载荷。压入法有布氏法、洛氏法和显微维氏硬度法三种，下面介绍三种硬度试验的原理和仪器的使用规则。(1) 布氏硬度法布氏硬度试验系用一定直径的钢球，以规定的负荷压入试验材料的表面（见表9），经规定保荷时间后卸除负荷，用读数显微镜量试样表面的压痕直径，计算试样上钢球压痕之球形面积所承受的平均压力（公斤毫米2），即布氏硬度值，亦可查表。计算公式为：HB=2PD(D-D2-d2) 式中P为负荷（Kg） D为钢球直径（mm） d为压痕直径（mm）布氏硬度的符号用D=10mm，P=3000Kg，负荷时间为10秒所测得的硬度以HB表示，如HB=450。若其它试验条件下，符号以相应指数注明
3、钢球直径、负荷大小及保荷时间。例如，HB=2.5/187.5/30=216，即表示用2.5mm的钢球，在负荷187.5Kg保荷30秒测得的布氏硬度值为216.钢球直径D，负荷大小P与保荷时间t应根据试样预期硬度和厚度按表1选择。表1 试样厚度、硬度范围与载荷选择材料硬度范围（HB）试样厚度（mm）P与D关系D（mm）P（Kg）T（s）黑色金属140-4506-3P=30D2103000104-2575022.5187.51406P=10D21010006-3525032.562.5有色金属1306-3P=30D2103000304-2575022.5187.536-1309-3P=10D210
4、10006-3525032.5187.58-356P=2.5D210250606-3562.532.515.6布氏硬度计的使用 l.安装压头与工作台 按表1选择压头，用汽油清洗钢球，用棉花或纱布擦拭干净，装入主轴衬套内，旋紧固定螺钉使其轻轻压于压头固定杆扁平处，然后把工作台装在工作台立柱上，将试样平稳地安放在工件台上。转动手轮使工作台缓缓上升，试样与压头接触手轮至与螺母产生相对滑动，最后将压头紧固螺钉压紧于固定杆的扁平处。 2选择负荷 按表（1）选择负荷，砝码吊架挂在大杠杆尾部刀刃上，负荷数为187. 5Kg，加上62.5Kg砝码就形成250Kg负荷，加上500公斤砝码就形成750公斤负荷以此
5、类推。 3选择保荷时间 按表（1）选择好保荷时间后，将压紧螺钉19松开，把圆盘内的弹簧定位器旋转到所压紧螺钉松开程度，能保证圆盘作回转调控即可。 4正式试验 以上准备就绪后，首先打开电源开关，接通电源。此时电源指示灯亮，然后启动按钮开关，立即做好拧紧压紧螺钉的准备，在加荷指示灯亮的同时迅速拧紧，使圆盘一起随曲柄回转至自动反向和停止运转为止，从加荷指示灯亮到熄灭为全负荷保持时间。 5检验并确定试验结果试验结束后，转动手轮，取下试样，用读数显微镜测量试样压痕直径，查表确定硬度值。维氏硬度维氏硬度试验是用负荷施加于顶角为136度的金刚石角锥压头上，其硬度是以压头在试样上所留下压痕面积除负荷来确定。单
6、位面积承受的负荷越大，则硬度越高。其计算公式如下：HV=2Psin2d2=1.8544Pd2P：负荷（Kg）：金刚石角锥相对两面夹角（136）d：压痕两对角线的平均值维氏硬度计构造见图(Il) 试验前的准备：1)硬度计精度检查及试验准备。在试验前，空载启动硬度计，检查各部机构动作情况，然后用二级标准硬度块检查试值精度，同时调整好保荷时间（不少于10秒），同时检查光学测微计在分划刻板线与指示刻板线重合时，螺旋百分筒是否对零，压痕是否清晰。试样表面应光滑平坦，表面光洁度不低于6，表面光洁度越高,硬度值越精确.负荷选择应根据试样厚度，预计硬度和硬化层深度来选择，为使结果更精确,尽可能采用相同负荷厚度
7、选择条件见表(2)表2 试样厚度与对角线长度关系金属试验层厚度（mm）对角线长度不大于（mm)测定下列硬度最大允许值HV=600HV=400HV=2000.20.133不大于50.30.2不大于10不大于50.40.266不大于20不大于10不大于50.50.333不大于30不大于20不大于100.60.4不大于50不大于30不大于200.70.466不大于50不大于30不大于300.80.533不大于50不大于50不大于300.90.6不大于50不大于50不大于3010.666不大于50不大于50不大于30 如果试件硬度HV500时，不允许选用大于50公斤的负荷。试验表面热处理试件时，表面处
8、理层愈薄，负荷应愈小。如表面层进行试验。如果其中某一负荷硬度增加或减少，表示表层已被压穿，表示表层已被压穿，应选用小一级的负荷。选好负荷后，则将硬度许砝码变换手柄转到所需位置。试验程序 17 将手柄34压至水平位置，使硬度计处于预工作状态。 转动手柄23使其对准已选好的负荷。 向左转动转盘18，使压头转到工作台中心位置，手推不动转盘18为止。 将试件平稳地放在工作台上，旋转手轮35升起工作台，至试件与保护套接触为止。 向左平推手柄34，使负荷作用到试件上（指示灯亮）。 指示灯熄灭后(表示负荷已卸去)，逆时针转动手轮35使试件脱离金刚石压头(约17mm). 手柄48向右转动转盘18（转不动为止）
9、，使物镜对准压痕并转动手轮使试面（压痕）处于物镜焦面(能清晰看见压痕为止)。 测量压痕，移开测微计的两刻线尺，使其距离大于压痕对角线，移动左刻线接触压痕的一角，再移动右刻线，使之由外向里接触压痕的另一角，压痕大小的读数：先读出分刻板上被压痕盖住的完整格数，再读出百分筒上的格数，两者相加为对角线长度。例：被压痕盖住的刻线格数为4格，百分筒的格数为43格，则0.4+0.043=0.443mm即为压痕长度。将测微目镜转90度。测另一对角线长度，取两对角线长度的平均值，即为压痕对角线长度。根据已得出的压痕对角线长度和所用负荷查表得出硬度值。（附录4）(3)洛氏硬度 洛氏硬度测定是通过金刚石压锥(120
10、)或钢球压头(1.588mm即116”)在10公斤的初负荷和60、100或150公斤总负荷（初负荷加主负荷）先后作用下压入试样，在卸去主负荷而保留初负荷时的压入深度h3与初负荷压入深度h1之差h= h3-h1来表示硬度。（如图1）深度差越大，硬度越低。在实际应用中，为了使硬的试件得出的硬度值与软试件得出的硬度值符合一般的习惯，因此试件硬度值须用下面的公司加以适当变换，即：HR=K-h3-h1e式中：K为常数：采用金刚石压锥时K=100；如图1 洛氏硬度计测量示意图采用钢球压头时K=130e为一常数，表示指示器一格是相当于压头压入试件的深度，e恒等于0.002mm。 洛氏硬度的结构见图(13)
11、硬度计的使用 试验前的准备工作 试件的准备：试件厚度不小于印痰深度的10倍、表面必须光洁平坦。 工作台选择：工作台必须保证试件稳妥的置于其上，并使被试表面与主轴压头垂直。随机工作台不能满足时，应根据试件设计特殊专用工作台。随机工作台不能满足时，应根据试件设计特殊专用j棒守。 负荷选择及变换：硬度计有三个砝码，分别是A、B、C。做HRA时只用A砝码做HRB时用A，B两砝码，做HRC时则A，BC三个砝码使用。 压头的安装：在安装前，压头应清理干净。压头的紧固是用一个紧固螺帽可靠的背紧在主轴上。紧固时首先按按5插入立轴键槽中，同时拧紧紧固螺帽背紧压头，然后稍转动主轴使按钮跳出，否则将会与主轴产生摩擦
12、而影响试验精度 试验程序由现场教学三、实验与分析1、试样：淬火钢样1个、Q235钢样1个2、实验过程（1）淬火钢样测洛氏硬度值（2）Q235钢样测布氏硬度 3、实验报告分析测出压痕直径分别通过查表法和计算法得出布氏硬度值，比较误差。压痕直径与布氏硬度对照表压痕直径d/mm（d10、2d5或4d2.5）以下载荷下布氏硬度HBW压痕直径d/mm（d10、2d5或4d2.5）以下载荷下布氏硬度HBW压痕直径d/mm（d10、2d5或4d2.5）以下载荷下布氏硬度HBW30D210D22.5D230D210D22.5D230D210D22.5D22.40 653 218 54.5 2.72 507 1
13、69 42.2 3.36 3.04 404 135 2.41 648 216 54.0 2.73 503 168 41.9 3.37 3.05 401 134 2.42 643 214 53.5 2.74 499 166 41.6 3.38 3.06 398 133 2.43 637 212 53.1 2.75 495 165 41.3 3.39 3.07 395 132 2.44 632 211 52.7 2.76 492 164 41.0 3.40 3.08 393 131 2.45 627 209 52.2 2.77 488 163 40.7 3.41 3.09 390 130 2.46 621 207 51.8 2.78 485 162 40.4 3.42 3.10 388 129 2.47 616 205 51.4 2.79 481 160 40.1 3.43 3.11 385 128 2.48 611 204 50.9 2.80 477 159 39.8 3.44 3.12 383 128 2.49 606 202 50.5 2.81 474 158 39.5 3.45 3.13 380 127 2.50 601 200 50.1 2.82 471 157 39.2 3.
