《工程材料实验课课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料实验课课件（88页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工程材料实验材料实验教学中心张旭茗实验一 平衡组织与非平衡组织观察 1. 平衡组织观察 2. 非平衡组织观察实验二 金属硬度实验实验注意事项1.室内保持安静、整洁； 2.珍惜仪器；3.一周左右交实验报告。实验三 金属表面硬度实验一、实验目的1. 了解材料表面硬度的测试方法2. 掌握布氏硬度、洛氏硬度及维氏硬度方法3. 测试给定材料的布氏硬度、洛氏硬度二、实验仪器1.HRD-150型电动洛氏硬度计2.HB-3000C电子布氏硬度计金属硬度试验硬度是金属抵抗局部变形，特别是塑性变形，压痕或划痕的能力，是衡量金属材料软硬程度的一种指标。硬度试验方法硬度是材料机械性能的一种整体综合指标。硬度是材料机械
2、性能的一种整体综合指标。硬硬度度值值不不仅仅与与材材料料的的弹弹性性极极限限、弹弹性性模模量量、屈屈服服极极限限、脆脆性性、还还与与材材料料结结晶晶状状态态、原原子子间键结合力和原子结构等都有关系。间键结合力和原子结构等都有关系。 硬硬度度测测定定的的特特点点是是不不损损坏坏工工件件、操操作作方方便便、迅速、效率高。迅速、效率高。硬度试验应用灵敏反映材料在化学成分、金相组织、热处理工艺、冷加工变形等差异；试验方法简单，不必破坏工件，适合机械装备和零部件材质现场检测；试验压痕很小，可检查金属表面层情况，脱碳与增碳、表面淬火及化学处理后的表面硬度等。硬度试验方法分类静静压压入入试试验验 用用以以测
3、测定定材材料料对对永永久久变变形形的的抗抗力力。布布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度划划痕痕试试验验 测测定定材材料料对对破破裂裂的的抗抗力力。观观察察一一种种材材料料是是否否能能被被另另一一种种材材料料划划痕痕， 马马氏氏划划痕痕硬硬度度、莫莫氏氏划划痕痕硬度硬度犁犁槽槽试试验验 将将一一钝钝头头元元件件（通通常常为为金金刚刚石石）以以一一定定的的载载荷荷和和相相似似条条件件下下划划过过表表面面，以以划划痕痕宽宽度度作作为为硬硬度度的度量标准。的度量标准。BierbaumBierbaum硬度试验硬度试验 硬度试验方法分类 回回跳跳试试验验 或或称称弹弹
4、性性回回跳跳法法，测测定定材材料料对对弹弹性性变变形形的的抗抗力力。使使一一标标准准质质量量和和尺尺寸寸的的物物体体由由试试验验表表面面弹弹回，取回跳高度作为硬度标准。肖氏硬度回，取回跳高度作为硬度标准。肖氏硬度阻阻尼尼试试验验 也也称称摇摇摆摆试试验验，测测定定材材料料对对永永久久变变形形的抗力。摇摆法硬度的抗力。摇摆法硬度磨磨损损试试验验 将将试试样样压压在在一一正正在在转转动动的的圆圆盘盘上上，以以磨耗率作为硬度的度量标准磨耗率作为硬度的度量标准冲冲蚀蚀试试验验 在在标标准准条条件件下下将将磨磨料料冲冲射射到到试试验验表表面面上上，以以在在一一定定时时间间内内损损失失的的材材料料重重量量
5、作作为为硬硬度度的的度度量量标准标准静压入硬度试验定义：定义：抵抗永久压痕的能力。抵抗永久压痕的能力。原理：原理：在一定的时间间隔里，将硬质压头压入所要在一定的时间间隔里，将硬质压头压入所要 测试的金属表面，然后测量压痕的深度测试的金属表面，然后测量压痕的深度 或大小。或大小。优点：优点：材料的硬度和其他物理特性之间存在着某种材料的硬度和其他物理特性之间存在着某种 关系，是一种非破坏性试验。关系，是一种非破坏性试验。分类：宏观硬度分类：宏观硬度 通常载荷在通常载荷在1KG 1KG 以上以上 显微硬度显微硬度 通常载荷小于通常载荷小于1KG(1g-500g)1KG(1g-500g) 纳米硬度纳米
6、硬度 通常在更小的载荷范围通常在更小的载荷范围1.1.硬度试验的特点及应用硬度试验的特点及应用l试样制备简单，可在各种不同尺寸的试样试样制备简单，可在各种不同尺寸的试样上进行试验，试验后试样基本不受破坏；上进行试验，试验后试样基本不受破坏；l设备简便，操作方便，测量速度快；设备简便，操作方便，测量速度快；l测量范围大测量范围大: :可大可大( (多晶体多晶体) )可小可小( (单个晶粒、单个晶粒、表面渡层、手表内部小零件等表面渡层、手表内部小零件等) )、可软可硬、可软可硬各种金属件都可做硬度试验；各种金属件都可做硬度试验；l硬度与强度之间有近似的换算关系，根据测出硬度与强度之间有近似的换算关
7、系，根据测出的硬度值就可以粗略地估算强度极限值的硬度值就可以粗略地估算强度极限值( (如碳钢如碳钢b b0.36HB)0.36HB)。l测定材料的硬度测定材料的硬度, ,定性分析材料的组织、性能定性分析材料的组织、性能; ;l测定脱碳层深度测定脱碳层深度; ;l定性分析夹杂物性质定性分析夹杂物性质, , 组成相的性质等。组成相的性质等。2.洛氏硬度测定法2.1 2.1 洛氏硬度的测量原理洛氏硬度的测量原理 用顶角为用顶角为120120的金刚石圆锥或的金刚石圆锥或为为1.588mm1.588mm的淬火钢球为压头的淬火钢球为压头, ,在规定载荷在规定载荷（初载荷及主载荷）的作用下压入材料表（初载荷
8、及主载荷）的作用下压入材料表面面, ,经规定保持时间后经规定保持时间后, ,卸除主试验力，根卸除主试验力，根据压痕深度来确定硬度值。图据压痕深度来确定硬度值。图1 1表示了洛氏表示了洛氏硬度的测量原理。硬度的测量原理。图1.洛氏硬度试验原理示意图0-00-0：未加载荷，压头未接触试件时的位置。：未加载荷，压头未接触试件时的位置。1-11-1：压头在预载荷：压头在预载荷P P0 0(98.1N)(98.1N)作用下压入试件深作用下压入试件深度为度为h h0 0时的位置。时的位置。 h h0 0包括预载所引起的弹形变包括预载所引起的弹形变形和塑性变形。形和塑性变形。2-22-2：加主载荷：加主载荷
9、P P1 1后，压头在总载荷后，压头在总载荷P= PP= P0 0+ P+ P1 1 的的作用下压入试件的位置。作用下压入试件的位置。3-33-3：去除主载荷：去除主载荷P P1 1后仍保留预载荷后仍保留预载荷P P0 0 时压头的时压头的位置，压入深度为位置，压入深度为h h1 1。由于。由于P P1 1所产生的弹性变所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了形被消除，所以压头位置提高了h h，主载荷引，主载荷引起的塑性变形深度为起的塑性变形深度为:h= h:h= h1 1- h- h0 0h h值越大，试件越软，值越大，试件越软，h h值越小，试件越硬。值越小，试件越硬。为适应数值越大硬度
10、越高的概念，用一常数为适应数值越大硬度越高的概念，用一常数K K减去减去h h表示硬度的高低。并规定每表示硬度的高低。并规定每0.002mm0.002mm为一个洛氏硬为一个洛氏硬度单位，用符号度单位，用符号HRHR表示，则：表示，则： 测量值直接在表盘上读出。测量值直接在表盘上读出。用金刚石圆锥压头时，常数用金刚石圆锥压头时，常数K K为为0.2mm0.2mm，硬度值由黑，硬度值由黑色表盘表示色表盘表示 ; ; 用钢球用钢球(=1.588mm)(=1.588mm)压头时，常数压头时，常数K K为为0.26mm0.26mm，硬度值由红色表盘表示，硬度值由红色表盘表示. . 为了扩大洛氏硬度的测量
11、范围，可用不同的压为了扩大洛氏硬度的测量范围，可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标尺的洛氏硬度。头和不同的总载荷配成不同标尺的洛氏硬度。洛氏硬度共有洛氏硬度共有1515种标尺供选择，它们分别为：种标尺供选择，它们分别为：HRAHRA，HRBHRB，HRCHRC，HRDHRD，HREHRE，HRFHRF，HRGHRG，HRHHRH，HRKHRK，HRLHRL，HRMHRM，HRPHRP，HRRHRR，HRSHRS，HRVHRV；表面；表面洛氏硬度标尺：洛氏硬度标尺：HR45NHR45N、 HR30N HR30N、 HR15N HR15N和和HR45THR45T、 HR30T HR30T、 HR
12、15T HR15T 。其中常用的几种标。其中常用的几种标尺尺见表见表1 1。 标度符号压头总载荷N(kg)表盘上刻度颜色常用硬度值范围应用举例HRA金刚石圆锥588.6(60)黑色7085碳化物、硬质合金、表面淬火钢等HRB1.588mm钢球981(100)红色25100软钢、退火钢、铜合金HRC金刚石圆锥1471.5(150)黑色2067淬火钢、调质钢等HRD金刚石圆锥981(100)黑色4077薄钢板、中等厚度的表面硬化工件HRE3.175mm钢球981(100)红色70100铸铁、铝、镁合金、轴承合金HRF1.588mm钢球588.6(60)红色40100薄板软钢、退火铜合金HRG1.5
13、88mm钢球1471.5(150)红色3194磷青铜、铍青铜HRH3.175mm钢球588.6(60)红色铝、锌、铅表1.各种洛氏硬度值的符号及应用2.2 2.2 洛氏硬度测定的优缺点洛氏硬度测定的优缺点优点优点: :操作简便、迅速，适宜大生产；操作简便、迅速，适宜大生产；压痕小，适宜测成品；压痕小，适宜测成品；适用范围广，从极软到极硬、从极薄到极适用范围广，从极软到极硬、从极薄到极厚厚的的材料都能测定。材料都能测定。缺点：缺点：不同标尺硬度值之间不能相互比较；不同标尺硬度值之间不能相互比较；对粗大组织的金属不适用对粗大组织的金属不适用。硬度表示法如：硬度表示法如：38HRC38HRC、48H
14、R30N48HR30N、68HR30T68HR30T等。等。金属洛氏试验执行的现行标准为：金属洛氏试验执行的现行标准为： GB/T 230.1 GB/T 230.12004 2004 金属洛氏硬度试金属洛氏硬度试验验 第第1 1部分：试验方法部分：试验方法 注意事项注意事项试样表面要平滑干净；试样表面要平滑干净；试样或试验层最小厚度不小于金刚石压试样或试验层最小厚度不小于金刚石压头头h h的的1010倍或钢球压头倍或钢球压头h h的的5 5倍；倍；试验后试样背面不得有肉眼可见的变形试验后试样背面不得有肉眼可见的变形痕迹；痕迹；3.布 氏 硬 度 测 试 法3.1 3.1 布氏硬度的测量原理布氏
15、硬度的测量原理 加载荷加载荷P,P,使直径为使直径为D D的淬火钢球压头的淬火钢球压头压入试件表面并保持一定时间，去载后，压入试件表面并保持一定时间，去载后，测量压痕直径测量压痕直径d d，算出压痕面积，算出压痕面积F F， P/F P/F即为布氏硬度，用符号即为布氏硬度，用符号HBHB表示。布氏表示。布氏硬度的测量原理如图硬度的测量原理如图2 2所示。所示。图2.布氏硬度试验原理示意图式中：P测试用的载荷(kg)； D压头钢球的直径(mm)； d压痕直径(mm)； F压痕面积(mm2).测出d,查表即可得HB值公式压头直径有压头直径有2.5mm2.5mm，5mm5mm，10mm10mm三种三
16、种; ;载荷有载荷有15.6kg15.6kg、62.5kg62.5kg、182.5kg182.5kg、250kg250kg、750kg750kg、1000kg1000kg、3000kg3000kg七种七种; ;材料的软硬不同要配合使用。为了在不同直径的材料的软硬不同要配合使用。为了在不同直径的压头和不同载荷下进行测试时，同一种材料的布压头和不同载荷下进行测试时，同一种材料的布氏硬度值相同。氏硬度值相同。D D与与P P之间要满足相似原理。之间要满足相似原理。 如图如图3 3所示。所示。图3. 不同直径的钢球压头产生在几何上相似的压头推倒得出:只要使P/D2为一常数，就可使保持不变，从而保持了几何形状相似的压痕。只要满足P/D2为常数，则同一材料测得的HB值是相同的。且不同材料测得的HB值也可进行比较。 国家标准规定P/D2的比值为30、10、5三种。 实验规范见表2式中:A为常数表表2 2 布氏硬度的实验规范布氏硬度的实验规范金属类型布氏硬度范围HB试件厚度mm载荷P与压头直径D的关系钢球直径D,mm载荷P,kg载荷保持时间，s黑色金属14015063432P=30D2105.02.5
