《金属材料硬度测试实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料硬度测试实验（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本文格式为Word版，下载可任意编辑金属材料硬度测试实验 材料测验中心 实 验 报 告 课程名称： 材料性能研究技术 劳绩： 测验名称： 金属材料硬度测试测验 批阅人： 测验时间： 测验地点：x5406 报告完成时间：2 姓 名： 学号： 班级： 同组测验者： 指导教师： 一、测验目的 1.了解不同类型硬度测试的根本原理。 2.了解不同类型硬度测试设备的特点及应用范围。 3.掌管各类硬度计的操作方法。 二、测验原理 金属的硬度可以认为是金属材料外观在压应力作用下抗争塑性变形的一种才能。硬度测试能够给出金属材料软硬度的定量概念，即：硬度示值是表示材料软硬程度的数量指标。由于在金属外观以下不同深度
2、处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕邻近局部体积内金属的弹性、微量应变抗力、应变强化才能以及大量形变抗力。硬度值越高，说明金属抗争塑性变形的才能越大，材料产生塑性变形就越困难。硬度的大小对于机械零件或工具的使用寿命具有重要的影响。 硬度测试方法有好多，大体可以分为弹性回跳法（如肖氏硬度）、压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）和划痕法（如莫氏硬度）等三类。 硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能，其物理意义随着试验方法的不同而表示不同的意义。其中弹性回跳法主要表征金属弹性变形功的才能；压入法主要表征金属塑性变形抗力及应变硬化才能；而划痕法主要表征金属切断才能。
3、 下面介绍三种最常用的硬度测试方法： 1、布氏硬度 （1）布氏硬度试验原理 用确定直径D（mm）的硬质合金球作为压头，用确定的试验力F（N），将其压入试样外观，经过规定的保持时间t（s）之后卸载试验力，查看试样外观，会察觉有残留压痕（如图1）。测残留压痕的平均直径d（mm），然后求出压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度值（HBW）就是试验力F除以压痕外观积A所得的商，F以N作为单位时，其计算公式为 0.102F0.204FHBW?A?D(D?D2?d2) 材料测验中心 注：布氏硬度值不标出单位 布氏硬度试验用的压头球直径有10mm、5mm、2.5mm和1mm四种，主要根据试验厚度选择，选择要求是
4、使压痕深度h小于试样厚度的1/8 。当试样厚度足够时，应尽量选用10mm的压头球。 （2）布氏硬度的特点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头球，所以它所得的压痕面积会对比大。 压痕面积大的一个优点就是它的硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不会受到个别的组成相和微小相的影响，所以说，布氏硬度试验主要用于测定灰口铸铁，轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度；压痕较大的另外一个优点就是测验的数据稳定，重复性强。 但是压痕面积较大的缺点就是不能再成品上举行试验，布氏硬度的另外一个缺点就是对于不同的材料需要更换不同直径的压头球并且需要变更试验力，压痕直径的测量也会对比麻烦，所以
5、一般不用于自动检测。 （3）布氏硬度的表示方法 布氏硬度值与试验模范有关，所以它的表示方法能反映模范的内容，布氏硬度的表示方法有：硬度值；符号HBW；球直径；试验力；试验力保持时间（10s-15s不标注）。后3项之间各用斜线隔开。如600HBW1/30/20 表示用直径1mm的硬质合金球在294.2N试验力下保持20s测得的不是硬度值为600。 需要留神的是：在布氏硬度表示方法中，试验力的单位是千克力（kgf），2者的换算关系是1kgf=9.80665N。 2、洛氏硬度 （1）洛氏硬度试验原理 洛氏硬度是通过测量压痕深度来表示材料的硬度值。洛氏硬度试验所用到的压头有两种：一种是确定直径的小淬火
6、钢球或硬质合金球；另外一种就是圆锥角=120的金刚石圆锥体。 试验时，先加初试验力F0，在试样外观得到一压痕，深度为h0。此时，此时，测量压痕深度的指针在表盘上指零。然后加上住试验力F1，压头压入深度为 h1。表盘上指针以逆时针方向转动到相应的刻度位置。试样在F1作用下产生的总 变形h1中包括弹性变形与塑性变形。当F1卸除后，总变形中的弹性变形恢复，压 （h1-h）头上升一段距离 。这时试样外观残留的塑性变形深度h即为压痕深度， 而指针顺时针方向转动中断时所指的数值就是洛氏硬度值。 规定每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位。于是洛氏硬度值（HR）的计算公式： 错误！未找到引用源。 式中，当
7、使用金刚石圆锥压头时，k=0. 2mm：当使用淬火钢球或硬质合金压头时，k=0.26 mm。 材料测验中心 （2）洛氏硬度的特点 洛氏硬度试验的优点是：压痕较小，可在工件上举行试验；操作简便，急速，硬度值可以直接读出；采用不同的标尺可以测定各种软硬不同的金属盒厚薄不一的试样的硬度，所以广泛用于热处理的质量检测。 它的缺点是：压痕较小，代表性差；若材料中有偏析和组织不平匀等缺陷，那么其测得的硬度重复性差，分散度大；由于用不同的标尺所测得的硬度值彼此没有联系，所以不能够直接对比。 （3）洛氏硬度的表示方法。 不同的压头和试验力对应不同的洛氏硬度标尺。一般经淬火处理的钢或工具都采用HRC测量。 洛氏
8、硬度的表示方法是：硬度值，符号HR，标尺字母。如70HRC表示用C标尺所测得的洛氏硬度值为70。 3、维氏硬度 （1）维氏硬度试验原理 维氏硬度是根据压痕单位面积所承受的试验力来计算硬度值的，其压头是两相对面间夹角为136的金刚石四棱椎体。压头在试验力F（N）作用下将试样的外观压出一个四方锥形的压痕，经过确定的保持时间后卸载试验力，测出压痕对角线的平均长度dd=（d1+d2）/2,用来计算压痕外观积A（mm2）。维氏硬度值（HV）为试验力F除以压痕外观积A所得的商，即 0.102F0.204Fsin(136?/2)F HV?0.189122Add注：维氏硬度值不标注单位。 维氏硬度采用正四棱锥
9、体做压头的理由,是当变更试验力时压痕的几何外形总保持好像，而不致影响硬度值。维氏硬度常用的试验力范围为49.03-980.7N，使用时应视材料的厚度及预期的硬度,尽可能的采用较大的试验力，以减小压痕尺寸的测量误差。 假设维氏硬度试验时所选用的试验力较小，在0.098N-0.9807N之间，那么课测定金属箔、极箔的外观层的硬度以及合金中各种组成相的硬度。由于压痕的尺寸较小，所以为了提高精度，需要配用显微放大装置，这就是显微维氏硬度试验。 （2）维氏硬度的特点 维氏硬度的优点是：不存在洛氏硬度试验时不同标尺无法统一的弊端；不存在布氏硬度试验时要求试验力F与压头直径D之间所规定的条件的约束；试验时试
10、验力可以任意选取，而且压痕测量的精度较高，测得的硬度较为切实。 缺点是由于硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能举行计算或查表，所以工作效率低。 （3）维氏硬度的表示方法是：硬度值，符号HV，试验力，试验力保持时间（10-15s不标注）。如600HV30表示试验力为294.2N下保持10-15s测得的维氏硬度为640。 比较三种硬度测试方法，布氏硬度适用于硬度较低的材料，一般小于HRC15，如有色金属、低碳钢等；洛氏硬度那么可以测高硬度的材料，硬度值在HRC2067 材料测验中心 之间；维氏硬度的应用分外广泛，更加适用于测试外观处理层等小范围的硬度，但是测试前试样务必抛光处理。 二、测验设备及
11、材料 1、测验设备：布氏硬度计，洛氏硬度计，数字式显微硬度计，测量显微镜。 2、测验材料：A3钢正火，45#钢淬火+回火，A3钢退火。 三、测验内容 1、制备样品 首先，取A3钢和45#钢举行如下表所示的热处理： 表1 热处理方案 试样编号 材料 处理工艺 1# A3钢 正火 2# 45#钢 淬火+回火 3# A3钢 退火 然后，对热处理后的3个试样分别举行磨制、抛光等处理，其中3#试样还要用硝酸酒精溶液举行腐蚀处理。 2、硬度测试 对3个试样，分别利用与其对应的硬度测试方法测出其硬度值，并记录于表2中： 表2 硬度测试结果 试样编号 测试方法 硬 度 值 平均值 1# 布氏硬度（HB） (1
12、875N;10mm) 124.70 127.07 125.60 2# 洛氏硬度（HRC） 59.5 58.5 60.0 59.3 珠光体 105.8 146.0 3# 维氏硬度（HV） 铁素体 134.1 214.3 四、结果分析 从表1中拟定的不同材料的硬度测试方法和表2中硬度测试的结果分析可知： A3钢正火试样的硬度值较低，用布氏硬度测得，这是由于A3钢正火组织为P+F，其硬度较低，而布氏硬度适合于测试较软的材料，如有色金属和低碳钢等，其可测试的硬度值一般小于HRC15。 45#钢淬火+回火试样的硬度值较高，测试的是其洛氏硬度，这是由于45#钢淬火+回火组织是回火马氏体，为较硬的组织，洛氏硬度可以测试较硬的材料， 材料测验中心 其可测硬度值在HRC20HRC67之间。 对于3#试样A3钢退火材料，其组织为珠光体+铁素体，本测验中要测试的是珠光体和铁素体的硬度，测试的是显微组织的硬度，而维氏硬度具有可以测试微观组织硬度的优点，所以只有使用维氏硬度来测量，但是试样测试前务必举行抛光处理。另外，通过比较珠光体和铁素体的硬度，也验证了铁素体硬度大于珠光体的结论。 五、体会 9
