力学性能试验 第四章 金属硬度试验,GB/T 10623-2008 金属材料 力学性能试验术语（ISO 23718：2007，mod）（代替GB/T 10623-1989 金属力学性能试验术语） GB/T 2975-1998 钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备（ISO 377：1997，eqv） GB/T 8170-2008 数值修约规则与极限数值的表示和判定（代替GB/T 1250-1989、GB/T 8170-1987 数值修约规则） GB/T 1172-1999 黑色金属硬度及强度换算值 GB/T 3771-1983 铜合金硬度与强度换算值 JB/T 6050-2006 钢铁热处理零件硬度测试通则 EN ISO 18265-2003 金属材料 硬度值的换算,绪论 硬度试验有关标准和基本概念,1 硬度试验有关的基础标准,,2 其他硬度试验方法标准,GB/T 18449.1-2001 金属努氏硬度试验方法 第1部分：试验方法 （GB/T 18449.1-2009 金属努氏硬度试验方法 第1部分：试验方法 2010-04-01起实施） GB/T 18449.2-2001 金属努氏硬度试验 第2部分：硬度计的检验 GB/T 18449.3-2001 金属努氏硬度试验 第3部分：标准硬度块的标定 GB/T 18449.4-2009 金属材料 努氏硬度试验 第4部分：硬度值表 2010-04-01起实施,,3 硬度计的计量,JJG 150-2005 金属布氏硬度计检定规程 JJG 112-2003 金属洛氏硬度计（A，B，C，D，E，F，G，H，K，N，T标尺）检定规程 JJG 151-2006 金属维氏硬度计检定规程 JJG 747-1999 里氏硬度计检定规程,,4 试验机的有关标准,GB/T 2611-2007 试验机 通用技术要求（替代 GB/T 2611-1992 试验机通用技术要求） GB/T 3159-2008 液压式万能试验机（替代 GB/T 3159-1992 液压式万能试验机、GB/T 3722-1992 液压式压力试验机） GB/T 16491-2008 电子式万能试验机（替代 GB/T 16491-1996 电子式万能试验机） GB/T 16826-2008 电液伺服万能试验机（替代 GB/T 16826-1997电液式万能试验机）,5 常用硬度试验,常用硬度试验： → 布氏硬度试验 → 洛氏硬度试验 → 维氏硬度试验 → 肖氏硬度试验 → 里氏硬度试验 本章内容的特点： → 与标准结合得比较好，许多内容直接从标准中来的。
⑴ 金属的硬度，是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕和划痕的能力，是衡量金属材料软硬程度的一种指标 ⑵ 从硬度的影响因素看，硬度与金属材料的化学成分、金相组织、热处理工艺、冷加工变形等密切有关从使用来看，硬度与强度、塑性、韧性、耐磨性等有关 ⑶ 硬度试验方法的分类： ⑷ 硬度值的物理意义： ⑸ 硬度试验方法的选择：,6 金属硬度的基本概念,第一节 布氏硬度试验,0 布氏硬度试验的有关标准,,,,一、试验原理,HBW=0.102F/ S = 0.102F / Dh,压痕的表面积通过压痕的平均直径和压头直径计算得到d是变量，试验时测量d，得出HBW 布氏硬度一般不标单位 GB/T 231.1-2002（2009）标准规定的布氏硬度试验范围上限为650 HBW二、布氏硬度的表示方法,布氏硬度试验中，只有试验力和压头直径恒定的条件下，所测得的硬度值才具有可比性在布氏硬度试验时，要求根据试样的材料和厚度，选用适当大小的试验力和球直径在这种情况下，为了使得同一材料的试验所测得的布氏硬度值相同，或在不同试样上所测得的结果具有可比性，就必须应用“压痕相似原理”三、相似原理的应用,三、相似原理的应用,试验时要保持 值为常数，就可保证几何相似的压痕。
因此，对同一材料选用不同的F和D时，应使 值保持为常数实际试验时，为了得到准确的试验结果，除F和D应满足上述选配原则，还应通过F和D 的选择，使压痕直径d限定在0.24~0.60D之间，否则结果无效 d=0.375D最理想GB/T 231.1中不同材料的试验力-压头球直径平方 的比率,四、试样要求,⑴ 试样表面应平坦光滑，不应有氧化皮及外界污物，尤其不应有油脂试样表面应能保证压痕直径的精确测量，表面粗糙度参数Ra一般不大于1.6μm ⑵ 制备试样时，应使过热或冷加工等因素对试样表面性能的影响减至最小 ⑶ 试样厚度至少应为压痕深度的8倍试验后，试样背部如出现可见变形，则表明试样太薄试样最小厚度与压痕平均直径的关系见标准附录⑴ 必须符合GB/T 231.2-2002 规定的要求 ⑵ 各级试验力的误差均应在GB/T 231.2-2002规定的试验力标称值的±1.0%以内硬质合金球的要求 ⑶ 压痕测量装置的标尺分度应能估测到压痕直径的±0.5%以内 ⑷ 硬度计的示值误差和示值重复性要满足GB/T 231.2-2002 （P72 表4-1）规定的要求 ⑸ 硬度计由国家计量部门定期检定（检定周期一般一年）。
⑹ 硬度计的日常检查按GB/T 231. 1-2009 附录A五、试验设备要求,d——5个压痕直径的总平均值； H——标准硬度块的标定硬度值一） 硬度计的检查（GB/T 231. 1-2009 附录A）,六、补充,（二） 压痕测量装置的检查 ⑴ 用测微尺进行检查 将测量装置各工作范围分成5个间隔， 在分级测微尺上测量进行检查，其最大允 许误差为±0.5% ⑵ 使用标准硬度块上的标准压痕进行检查 GB/T 231.3-2002的标准硬度块上一 般有5个压痕，选定标准硬度块上的某一压 痕，测量压痕直径，测得压痕直径与标准 压痕直径的最大允许误差为±1.0%一）试验温度,,试验一般在10～35 ℃室温下进行，对于温度要求严格的试验，温度为23 ℃±5 ℃有严格温度要求的，在试验报告中要说明试验温度七、试验操作要点,（二）试样的支撑,试样表面、支承面、试验台面应清洁和无外界污物（氧化皮、油、灰尘等）试样应稳固地放置于试验台面上，保证在试验过程中不发生倾斜、位移及挠曲； 试验力作用方向垂直于试验面； 不规则工件，应有专门的试样支撑——相似原理及应用 1 根据试样尺寸（被测平面、厚度）确定球压头直径；优先选用10mm球压头； 2 铸铁材料，球压头直径不小于2.5mm； 3 试验力选择保证压痕直径d=0.24~0.60D。
——不同材料的试验力-压头球直径平方的比率,（三）压头直径和试验力的选择,（四）试验加力和试验力保持时间,使压头与试样表面接触，无冲击和震动地垂直于试验面施加试验力，直至达到规定试验力值从加力开始至全部试验力施加完毕的时间应在2S～8S之间试验力保持时间为10S～15S对于要求试验力保持时间较长的材料，试验力保持时间允许误差应在±2S 在整个试验期间，硬度计不应受到影响试验结果的冲击和震动五）压痕间距,任一压痕中心距试样边缘距离至少应为压痕对角线长度的2.5倍；两相邻压痕中心间距离至少应为压痕对角线长度的3倍六）测量压痕直径——相互垂直方向，查GB/T 231.4-2009,⑴ 试验后，检查试样背面，如试样背面出现可见变形痕迹，则表明试样太薄，试验结果无效压痕直径d=0.24~0.60D ⑵ 在读数显微镜或其他测量装置上测量压痕直径应在两相互垂直方向测量，用两个读数的平均值计算布氏硬度，或查表（GB/T 231.4-2009）得布氏硬度值 ⑶ 数值修约：3位有效数字 ⑷ 应注意材料的各向异性，例如经过大变形量冷加工，这样压痕直径在不同方向可能有较大差异八、试验结果处理,⑴ 布氏硬度适用于退火、正火状态的钢铁件、铸件、有色金属及其合金，特别是对软的金属，如铅、铝和锡等更为适宜。
⑵ 优点：布氏硬度采用较大直径的球压头，所得的压痕面积较大，因此所得的硬度值反映了材料在较大范围内的平均性能由于压痕较大，所得数据稳定，重复性强 ⑶ 缺点：对不同的材料需要更换压头和试验力，压痕直径的测量较麻烦压痕较大，对成品件不一定适合九、应用范围及优缺点,第二节 洛氏硬度试验,0 洛氏硬度试验的有关标准,,→ 洛氏硬度试验方法与布氏硬度试验方法不同，它不是通过测量压痕面积来计算硬度值，而是采用测量压痕深度来计算硬度值→ 洛氏硬度试验压头采用120°金刚石圆锥、硬质合金球压头 → 原理：试验时，压头分两个步骤压人试样表面先施加初试验力F0 ，使试样表面产生一个初始的压入深度h0，以此作为测量压痕深度的基准然后施加主试验力F1，其压痕深度的增量为h1经规定保持时间后，卸除主试验力F1 ，测量在初试验力下的残余压痕深度h h是反映洛氏硬度高低的量 h越大，洛氏硬度值越低一、试验原理,→ 为了符合习惯上数值越大，硬度越高的概念，人为引入一常数N以上式作为洛氏硬度值的指标，用HR表示： HR=N-h/S 对于HRA、HRC、HRD： HR=100-h/0.002 对于HRB、HRE、HRF、HRG、HRH、 HRK HR=130-h/0.002 对于HRN、HRT HR=100-h/0.001,二、洛氏硬度的表示方法,三、试样要求,⑴ 试样表面应尽可能是平面，不应有氧化皮及外界污物，尤其不应有油脂。
建议表面粗糙度Ra不大于0.8μm ⑵ 制备试样时，应使过热或冷加工等因素对试样表面性能的影响减至最小 ⑶ 对于用金刚石圆锥压头进行的试验，试样或试验层厚度应不小于残余压痕深度的10倍；对于用球压头进行的试验，试样或试验层的厚度应不小于残余压痕深度的15倍试验后，试样背部不应出现可见变形（ GB/T 230.1-2009附录B ） ⑴ 试验力符合规定的要求 ⑵ 硬度压头符合规定的要求 ⑶ 压痕测量装置符合规定的要求 ⑷ 硬度计的示值误差和示值重复 性要满足标准规定的要求 ⑸ 硬度计由国家计量部门定期检 定（检定周期一般一年） ⑹ 硬度计的日常检查四、试验设备要求,——操作者对硬度计日常检查的方法 每次更换压头、支撑后，以及大批量试验前，或距前一次试验超过24h，操作者应按GB/T 230.1-2004 附录E的规定对硬度计进行日常检查 在日常检查中，对硬度计的直接检验太耗费时间且费用太高建议采用如下方法: 在使用中每日对硬度计至少做一次检查 检查之前，应预先打两个压痕以保证试样、压头及支座处于正常状态这两个压痕不作为试验数据 在与试验材料硬度值相近的标准硬度块上至少打三个压痕，如果硬度读数平均值与标准块硬度值之差在GB/T 230.2 表5规定（P77表4-3）范围内，则认为硬度计合格，否则应进行直接检验。
测量设备性能的准确与否，直接影响到实验室检定、校准、检测结果的准确可靠为保证测量设备性能满足预期的使用要求，保证其量值的溯源性，须定期进行校准或检定然而由于测量设备固有特性的变化或漂移，在每次检定或校准后并不能保证其量值始终得到维持，因此，在日常工作中需要经常对测量设备的性能进行核查，以便及时识别可能发生的超出预期范围的变化或失效，确认其性能是否得到有效维持或是否满足其使用要求而不会得到非预期的使用 因此，期间核查的概念可以表述为：在测量设备相邻两次校准或检定期间，采用可信的方法对其使用功能及测量性能进行的一种核查，以验证其是否得到有效维持，即旨在确认测量设备校准状态的可信程度期间核查的概念及目的,→ 按 GB/T 230.2-2002 进行硬度计的示值误差和示值重复性检查 → 示值误差： 在标准硬度块上均匀地测定6个硬度值第一点不计，取后5个测定值的算术平均值，硬度计的示值误差： 示值误差= 5个测定值的算术平均值-标准块标定的硬度值 → 示值重复性： 5个测定的硬度值，示值重复性为： 示值重复性=最大硬度-最小硬度 → 示值误差。