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1、实验一、金属材料的硬度实验一、实验目的1. 了解硬度测定的基本原理及应用范围。2. 了解洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。二、实验原理硬度是金属材料局部抵抗硬物压入其表面的能力或金属材料表面抵抗局部塑性变形的能力。测量硬度的方法主要有压入法、回跳法和刻划法三大类： 压入法硬度试验的主要特点是：实验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系： b=KHB b ：材料的抗拉强度值；HB：布氏硬度值；K：系数洛氏硬度测试法（1）洛氏硬度试验的基本原理洛氏硬度试验的原理和布氏的不同在于：它不是以测量压痕的
2、面积来计算硬度，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。洛氏硬度测定时，在规定条件下，将压头（顶角为 120的金刚石圆锥或直径为 1/16（1.588mm）的淬火钢球或硬质合金球）分两个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度 h，然后根据压痕的深度确定被测金属材料硬度值的方法称为洛氏硬度测试法，具体过程如下：图 1 洛氏硬度试验原理图图 1 中 0-0 位置为未加载荷时的压头位置， 1-1 位置为加上 10 Kgf 预加载荷后的位置，此时压入深度为 h1，2-2 位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度为 h2，h 2 包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹
3、性变形恢复而稍提高到 3-3 位置，此时压头的实际压入深度为 h3。洛氏硬度就是以主载荷所引起的残余压入深度（h=h 3-h1）来表示。但这样直接以压入深度的大小表示硬度，将会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值大的现象，这与布氏硬度所标志的硬度值大小的概念相矛盾。为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致，采用一常数（k）减去（h 3-h1）的差值表示硬度值。为简便起见又规定每 0.002mm 压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格）。洛氏硬度值的计算公式如下：HR=（k-h）/0.002 (h=h3-h1)式中：h1-预加载荷压入试样的深度（mm）；h3-卸除主载荷后压入试样的深度（m
4、m）；k-常数，采用金刚石圆锥时 k0.2mm（用于 HRA、HRC）；采用钢球时k0.26mm（用于 HRB）。因此上式可改为：HRC（或 HRA） ；HRB02.113h02.31h表 1 洛氏硬度试验力及应用范围（GB/T 230-1991 ）标尺符号/压头 总负荷/N(kgf)初试验力F0主试验力 F1 实用范围 应用范围HRA 120o 金刚石圆锥 60 10 50 6085碳化物、硬质合金、淬火工具钢、浅层表面硬化层HRB直径 1.588mm 钢球100 10 90 25100 软钢（退火态、低碳钢正火态） 、铝合金HRC120o 金刚石圆锥 150 10 140 2067淬火钢、调质钢、深层表面硬化层表注： (1) 金刚石圆锥的顶角为 120+30，顶角圆弧半径为 0.210.01mm(2) 初负荷均为 10 公斤三、设备及试样HRS-150 洛氏硬度计标准硬度块测试样品四、实验步骤1. 了解洛氏硬度计的构造、原理和使用方法，操作规程及注意事项2. 选择合理的压头、载荷及力的保持时间等参数3. 金属试样试验4. 数据记录五、实验报告要求1. 常见硬度测试方法，简述各压入法试验原理2. 数据记录及处理材料 样品 1 样品 2 样品 31 2 3平均1 2 3平均1 2 3平均HRA/C
