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1、金属材料的硬度实验,实验目的,1.了解硬度测定的基本原理及应用范围；2.学会使用布氏、洛氏硬度试验机并掌握 基本测试方法。,实验概述,所谓硬度是材料对局部塑性变形的抗力。常用的硬度试验方法有：布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度，显微硬度。本节仅做布氏硬度，洛氏硬度。主要学习以下两方面 硬度测量的原理及适用范围 硬度计的构造及操作,布氏硬度计基本原理,用载荷P直径为D的淬火钢球压入试件表面，并保持一段时间，而后卸除载荷，测出压痕直径d，布氏硬度值（HB）就是加在钢球上的载荷与所得压痕的比值。即式中：P-施加的载荷（公斤）d-压痕的直径（毫米）D-压头的直径（毫米）F-压痕面积（毫米2）,在P和D一定的
2、情况下，布氏硬度值的高低取决与压痕的直径d，d 越大，表明金属的变形抗力越低，HB值越低，反之硬度越高。由于金属材料有软有硬，工件有厚有薄，有大有小，这适应不同的情况，布氏硬度压头有2.5mm、5mm 、10mm三种。载荷有15.6 kg、62.5 kg 、187.5 kg 、250 kg 、750 kg 、1000 kg 、3000 kg 七种。当采用不同大小的载荷和直径的钢球进行布氏硬度试验时，只要满足P/D2为常数，则对同一材料来说，布氏硬度值是相同的；对不同材料，所得布氏硬度值可进行比较的。国家标准规定P/D2的比值为30、10、2.5三种，根据金属材料类、试样硬度范围和厚度不同，按照
3、表1-1规范选择压头直径D负载P和负载保持时间。,试验后，压痕直径应在0.25Dd0.6D的范围内，否则试验结果无效。这时应考虑换用其他负载重做试验。因为若d太小，灵敏性和精确度降低，若 d太大，压痕的几何形状不能保持相似的亲系，影响结果的准确性。 布氏硬度广泛应用于试验各种退火状态下的钢材、铸铁、有色合金等，也用于试验经调质处理及硬度小于HB450的机械零件。,表1-1 布氏硬度试验规范,布氏硬度计的操作,安装压头与载物台； 选择载物：按表1-1选择载荷。载荷吊架为187.5公斤，若加上62.5公斤砝码就形成250公斤载荷；再加上500公斤砝码便形成750公斤载荷，以此类推； 选择载荷的保持
4、时间：载荷保持时间长短按表1-1规定，松开压紧螺钉7，把圆盘内的弹簧定位器旋转到所需的时间位置上（圆盘红标志与铭牌上的时间10秒、30秒、或60秒相对应），压紧螺钉松开的程度应能使圆盘做回转调整即可； 将试样用砂轮磨平上下两表面后，置于载物台上； 正式试验：首先打开电源开关，此时电源指示灯发亮。转动手轮3使试样与压头接触。然后启动按钮开关8，并立即做好拧紧螺钉7的准备，在加载指示灯亮5燃亮的同时迅速拧紧，使圆盘随曲柄一起回转至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； 确定试验结果：实验结束后，逆时针转动手轮，取下试样，用读数显微镜测量试样表面的压痕直径，从相互垂直方向各
5、测一次，取其平均值，用该数值查表，即得试样硬度值。 用10毫米直径钢球，在3000公斤载荷下保持10秒钟测定的硬度值，写成HB400。在其他条件下试验结果写成HB5/250/30=110，即表示用5毫米直径钢球，在250公斤载荷下保持30秒钟测得的布氏硬度值为110,洛氏硬度基本原理,洛氏硬度同布氏硬度一样也属于压入硬度法，但它不是测压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。其原理如图1-4所示。 洛氏硬度计算时，需要先后两次施加载荷（预载荷和主载荷），预载荷的目的是使压头与试样表面接触良好，以保证测量结果准确。0-0为未加载荷的压头位置，1-1位置为加上10kg预载荷后的位置，此时压入深度
6、为h1，2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度包括由加载引起的弹形变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹形变形恢复而捎提高到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引起的残余压入深度 h=h3-h1来表示的。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，这与布氏硬度所表示的大小概念相矛盾。为简便起见又规定每0.002mm压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上的一小格）。 洛氏硬度值计算公式如下：K为常数，当采用金刚石圆锥时，K=0.2（用于HRA，HRC），采用钢球时，故上式可写成：洛氏硬度克服了布氏硬度的缺点，它的压痕小，可测量高
7、硬度，可直接读数，操作方便，效率高。,洛氏硬度 的外型及构造,洛氏硬度计的操作,按表6-2选择压头及载荷。 按试样形状、大小选载物台，然后将试样上下两面磨平，置于载物台上。 预加载荷，依次顺时针方向旋转手轮4，使试样与压头接触，并观察读书百分表1小针移动至校红点为止。 整读数表盘，使百分表盘上的长针对准硬度值的起点。如果试验HRB时，使长针与表盘上的红字B 处对准；如果试验HRC、 HRA时，使长针与表盘上的黑字C 处对准。 加主载荷，平稳的向上扳动加载手柄5，手柄自动升高至停止位置（时间应为5-7秒）。并停留10秒。 卸主载荷：扳回手柄至原来位置。 读出硬度值：长针指向的数字为硬度的读数。HRB读红色数字，HRC、 HRA读黑色数字。,实验内容及步骤,实验前阅读并弄清布氏硬度和洛氏硬度计的结构及注意事项; 按规定的程序测定试样的布氏硬度和洛氏硬度值；,报告要求,简述布氏硬度和洛氏硬度的实验原理。 测定指定试样的布氏硬度值HB,注明钢种 、硬度计型号、钢球直径、载荷、持续时间、压痕直径，并计算HB； 测定指定试样的洛氏硬度值HRC,注明钢种 、硬度计型号、压头、载荷、硬度值。,
