硬度测试实验

《硬度测试实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硬度测试实验（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、硬度测试实验硬度测试实验一、实验目的 1.了解布氏、洛式、维氏硬度计的测试原理 2.掌握各种硬度计的使用方法及使用注意事项等 二、实验原理 硬度是指材料对另一更硬物体（钢球或金刚石压头）压入其表面所表现的抵抗力。硬 度的大小对于工件的使用性能及寿命具有决定性意义。由于测量的方法不同常用的硬度指 标有布氏硬度（HB） 、洛式硬度（HR） 、维氏硬度（HV） 。 布氏硬度适用于硬度较低的金属，如退火、正火的金属、铸铁及有色金属的硬度测定。 洛氏硬度又有 HRA、HRB、HRC 三种，其中 HRC 适合于测定硬度较高的金属如淬火钢的 硬度。维氏硬度测定的硬度值比布氏、洛氏精确， 可以测定从极软到极硬

2、的各种材料的硬度，但测 定过程比较麻烦。显微硬度用于测定显微组织中 各种微小区域的硬度，实质就是小负荷 （9.8N）的维氏硬度试验，也用 HV 表示。 三、布氏硬度（HB） (一) 基本原理 将载荷 P 和直径为 D 的淬火钢球压入试样的 表面，并保持一定时间，然后去除载荷 P，测量 压痕直径 d（见图一所示） 。最后计算出布氏硬度 值。 计算公式化如下： 若压痕的深度为 h，则压痕的面积为： 图一 布氏硬度实验原理图 FDh22 2dDDDHBFPHB222/2mmkg dDDDP式中：P施加的栽荷 kgF压痕的表面积，mm2D钢球的直径，mmB压痕直径，mm 在 P 和 D 一定的情况下，

3、布氏硬度的高低取决于压痕的直径 d，d 越大，表明材料的 HB 值越低即材料越软；反之材料硬度高即 HB 越大。在具体测量时，并不是每次都按上述 公式去算，而是根据 D 与 P 值大小，测量出压痕的直径 d，然后查表即得。这种表格就是 根据上述公式计算制出的，可参考压痕直径与布氏硬度表 由于材料有硬有软，工件有厚、薄、大、小之分，为适应不同情况，其压头有2.5mm、5mm、10mm 三种钢球。载荷有15.6kg、62.5kg、187.5kg、250kg、750kg、1000kg、3000kg 七种。在具体测量时只要满足 P/D2为常数，则对同一材料来说，布氏硬度值都是相同的；而对不同材料，所得

4、的布氏硬 度值是可进行比较的。国家标准规定 P/D2比值为 30、10、2.5 三种。按表一布氏硬度试验 的规范来选择钢球直径 D 和加压负荷 P 以及保压时间。在试样截面大小和厚度允许的情况 下，尽可能选用直径大的钢球和大的载荷，这样更接近于材料的真实性能；同时，测量的 压痕大，误差也小。所以测定钢的硬度时，尽可能用 10mm 钢球和 3000kg 的载荷。试 验后，压痕直径应在 0.25Db0.6D 的范围内，否则试验结果无效。应选其他规范重做试 验。这是因为 d 值太小，灵敏度和准确性将降低，若 d 值太大，压痕的几何形状不能保持 相似的关系，影响准确性。 布氏硬度计的压头，是淬火的高碳

5、工具钢制的钢球，为了避免钢球压裂或变形，不能 测太硬的材料。 表一：布氏硬度试验规范金属类 型布氏硬度范围（HB）试件厚度（mm）负荷 P 与压头直径 D 的关系钢球直径D（mm）负荷P（kgf）载荷保持时间（秒）6310.03000425.07501404502P=30D22.5189.510610.01000635.0250黑色金属1403P=10D22.562.5106310.03000425.07501302P=30D22.5187.5309310.01000635.0250361303P=10D22.562.530610.0250635.062.5有色金属8353P=2.5D22.5

6、15.660(二) 布氏硬度计构造和操作 常见布氏硬度计有油压式和杠杆式两种，油压式是通过液体来传递压力，是比较早期 的硬度计的类型，容易产生过载等缺点。目前多采用杠杆式硬度计，它是通过杠杆来传递 压力，是较完善的硬度计。现以 HB3000 型布氏硬度计为例，介绍其主要结构，如图二 所示。图二 HB-3000 型布氏硬度计结构图1-电源开关；2-加力指示灯；3-电源指示灯；4-加力开关；5-压紧螺钉；6-圆盘；7-减 速器；8-曲柄；9-换向开关；10-砝码；11-连杆；12-大杠杆；13-吊环；14-机体；15- 小杠杆；16-弹簧；17-压轴；18-主轴衬；19-摇杆；20-压头；21-可

7、更换工作台；22-工 作台立柱；23-螺杆；24-升降手轮；25-螺母；26-套筒；27-电动机1.载物台：放置试样的地方； 2.升降丝杆：合载物台上升或下降的机构； 3.手轮：使丝杆产生上下旋转； 4.压头：是由淬火后钢球制成； 5.指示灯：用于表示加载过程； 6.时间定位器：用于控制加载时间； 7.压紧螺钉；用于固定时间定位器； 8.加载按钮：用于施加载荷；(三) 试验步骤： 安装压头和载物台； 选择载荷：按表一选择载荷。 选择载荷的保持时间：载荷保持时间按表一规定。松开压紧螺纹，把圆盘内弹 簧定位器旋转到所需的时间位置上，压紧螺钉松开的程度应能使圆盘作回转调整 即可； 将试样放于载物台上

8、； 测量开始：打开电源，指示灯发亮。转动手轮使试件与压头接触。然后启动按 钮开关并立即做好拧紧螺钉的准备，在加载荷指示灯燃亮的同时迅速拧紧 ，使圆盘随曲柄一起回转直到自动反向和停止转动为止。从加载指示灯燃亮到 熄灭为全载荷保持时间； 硬度测量结果：测量完毕，转动手轮，取下试样，用测量显微镜测量试件表面 的压痕直径，从互相垂直方向各测一次，取其平均值，查压痕直径与布 氏硬度对照表即得硬度值。 例如用 5mm 直径钢球，在 750kg 载荷下保持 10s，压痕直径 d=3.3mm 测量的硬度值 为 341。 硬度计的校验方法及注意事项：一般采用标准压块，对硬度读数的正确性进行校 核。在标准块上三个

9、不同位置测量硬度，取其算术平均值，该值不应超过标准硬 度值的3%。平均值标准块值 即：硬度计的误差值= 3%标准块值 例如标准块的硬度刻度为 HB320，在硬度计上测得为 HB328 时，说明硬度计计数比标准块高 8 个单位，所以试件测得的硬度应相应减去 8。 对硬度计的载荷，可用标准测力计进行测量，载荷误差不应超过1%，否则应进行修 理后才能使用。 压痕中心到试件边缘的距离不应小于压痕直径 2.5 倍，而相邻的压痕中心距离不应小 于压痕直径的四倍。四、洛式硬度 (一)测试原理 洛式硬度法克服了布氏法的缺点，它的压痕较小，可测量较高硬度，可直接读数，操 作方便、效率高，洛氏硬度法也采用压入法，

10、它用金刚石和钢球作压头。但它是以压痕的 陷凹深度作为计量硬度指标。 为了可以用一个试验机测定从软到硬的材料的硬度，采用了不同的压头和总负荷，组 成了 15 种不同的洛氏硬度标度，见表二所示为各种洛氏硬度符号、试验条件及其应用。钢 铁材料最常用 HRB 和 HRC 两种标度测定。 各种洛氏硬度计测量原理都是相似的，现以测量 HRB、HRC 为例说明。 图三洛氏硬度测量原理。一般较硬的金属材料（如淬火后的工件）用金刚石压头；较 软的金属材料用钢球压头。 总载荷 P 分为两次加到压头上。首先加入预载荷 P0，使压头与试样的表面接触良好， 此时，压痕深度为 h1（见图三 a） ；然后加入主载荷 P1，

11、这时总载荷 P= P0+ P1，此时压痕 深度增加到 h2位置（见图三 b） ；随后将主载荷卸除，此时压痕由于加载时所产生的弹性变 形已恢复，此时压痕深度 h= h2h1， （见图三 c）作为测量的依据。 如果直接以压痕深度 h 来作计算硬度指标，那么就会出现硬的金属硬度值小，而软的 金属硬度值大的现象，这和布氏硬度值大小相反，不符合人们的习惯。因此用一常数 K 来 减去所得的压痕深度值作为洛氏硬度的指标。 即：HR=kh 当以钢球为压头时，k=0.26；以金刚石锥体为压头时，k=0.2。此外，在读数上又规定 以压入深度 0.002mm 作为标尺刻度的一格，这样前者的 0.26 常数相当于 1

12、30 格，后者 0.2 常数相当于 100 格，因此洛氏常数硬度值可由下式确定：HRB=130h0.02 （红色表盘） HRC=100h0.02 （黑色表盘） 因此可知当压痕深度 h=0.2mm 时 则：HRC=0 HRB=30 这也说明为什么 HRB 要取 0.26 作为常数的原因，因为 HRB 是测定较软的金属材料的， 测试时有的压痕深度可能超过 0.2mm 以上，若取 0.2 作为常数，硬度将会得负值，为此 HRB 把常数取得大些。表二：表二： 各种洛氏硬度符号、试验条件及其应用各种洛氏硬度符号、试验条件及其应用 标度 符号采用压头总负荷 （kg）表盘指示器上 刻度的颜色常用 范围应用举

13、例HRA金刚石圆锥60黑色7085碳化物、硬质合金、钢材 表面硬化HRB1.588mm 钢球 100红色25100软钢、退火钢、铜合金等HRC金刚石圆锥150黑色2067淬火钢、调质钢、白口铁、 较硬材料 HRD金刚石圆锥100黑色4077薄钢板、中等厚度的表面硬化工件HRE3.157mm 钢球 100红色70100铸铁、铝、镁合金、轴承 合金等HRF1.588mm 钢球 60红色40100薄软钢板、退火铜合金等HRG1.588mm 钢球 150红色3194磷青铜、铍青铜等HRH3.157mm 钢球 60红色铝、锌、铅等HRK6.350mm 钢球 150红色40100HRL6.350mm 钢球

14、 60红色HRM6.350mm 钢球 100红色HRP6.350mm 钢球 150红色HRQ12.70mm 钢球 60红色HRS12.70mm 钢球 100红色HRV12.70mm 钢球 150红色轴承合金及其他极软较薄 的金属材料。试验时，应 尽可能选用较小钢球及较 大负荷，但须避免载物台 的背衬作用图三 洛氏硬度计测量原理(二)洛氏硬度机的构造与操作 洛氏硬度计类型较多，外形构造也不相同，但构造原理及主要部件相同。见图四： 图四 HR-150 型洛氏硬度计结构图1-指示器；2-加载手柄；3-缓冲器；4-砝码座；5、6-砝码；7-吊杆；8-吊套；9-机体；10-加载杠杆；11-顶杆；12-刻

15、度盘；13-主轴；14-压头；15-试样；16-工作台；17-升降丝杠；18-手轮实验时试样 6 放在工作台 5 上，按顺时针方向转动手轮 3，使工作台上升至试样与压头 7 接触。实验时试样 6 放在工作台 5 上，按顺时针方向转动手轮 3，使工作台上升至试样与压头 7 接触。继续转动手轮，通过压头和压轴 8 顶起杠杆 10，并带动指示器表盘 9 的指针转动，待小指针指到黑点时，试样即已加上 98N 的强载荷，随后转动指示器表盘使大指针对准“O” （测 HRB 时对准“30” ） ，按下按钮 1 释放转盘 4。在砝码 11 的作用下，顶杆 12 在缓冲器 15 的控制下匀缓下降。主载荷通过杠杆

16、、压轴和压头作用于试样上。停留规定时间后，扳动手柄 2，使转盘顺时针方向转动至原来被锁住的位置。由于转盘上齿轮使扇齿轮 13、齿条 14 同时运动而将顶杆顶起卸掉主载荷。这时指针所指的读数（HRC、HRA 读 C 标尺，HRB 读 B 标尺）即为所求的洛氏硬度值。（三）测量方法： 按表二选择压头及载荷； 根据试件大小和形状选择载物台； 将试件上下两面磨平，然后置于载物台上； 加预载荷。按顺时针方向转动升降机构的手轮，使试样与压头接触，并观察读数百分 表上小针移动到小红点为止； 调整读数表盘，使百分表盘上的长针对准硬度值的起点。如测量 HRC、HRA 硬度时， 把长针与表盘上黑字 G 处对准。测量 HRB 时，使长针与表盘上红字 B 处对准； 加主载荷。平稳地扳动加载手柄，手