硬度測量實驗報告 一 、 實驗目的

　1、 了解常用硬度測量原理及方法; 2、 了解布氏與洛氏硬度的測量范圍及其測量步驟與方法; 二、實驗設備 洛氏硬度計、布洛維硬度計、軸承、試塊 三、 實驗原理 1. 硬度就是表示材料性能的指標之一,通常指的就是一種材料抵抗另一較硬的具有一定形狀與尺寸的物體(金剛石壓頭或鋼球)壓入其表面的阻力。由于硬度試驗簡單易行,又無損于零件,因此在生產與科研中應用十分廣泛。常用的硬度試驗方法有:洛氏硬度計,主要用于金屬材料熱處理后的產品性能檢驗。布氏硬度計,應用于黑色、有色金屬材料檢驗,也可測一般退火、正火后試件的硬度。

　2. 洛氏硬度 洛氏硬度測量法就是最常用的硬度試驗方法之一。它就是用壓頭(金剛石圓錐或淬火鋼球)在載荷(包括預載荷與主載荷)作用下,壓入材料的塑性變形濃度來表示的。通常壓入材料的深度越大,材料越軟;壓入的濃度越小,材料越硬。下圖表示了洛氏硬度的測量原理。

　圖: 未加載荷,壓頭未接觸試件時的位置。

　2-1:壓頭在預載荷 P0(98、1N)作用下壓入試件深度為 h0 時的位置。h0 包括預載所相起的彈形變形與塑性變形。

　2-2:加主載荷 P1 后,壓頭在總載荷 P= P0+ P1 的作用下壓入試件的位置。

　2-3:去除主載荷 P1 后但仍保留預載荷 P0 時壓頭的位置,壓頭壓入試樣的深度為 h1。由于 P1所產生的彈性變形被消除,所以壓頭位置提高了 h,此時壓頭受主載荷作用實際壓入的濃度為h= h1- h0。實際代表主載 P1 造成的塑性變形深度。

　h 值越大,說明試件越軟,h 值越小,說明試件越硬。為了適應人們習慣上數值越大硬度越高的概念,人為規定,用一常數 K 減去壓痕深度 h 的數值來表示硬度的高低。并規定 0、002mm 為一個洛氏硬度單位,用符號 HR 表示,則洛氏硬度值為: 002 . 0-Hh kR ? 3、布氏硬度 布氏硬度的測定原理就是用一定大小的試驗力 F(N)把直徑為 D(mm)的淬火鋼球或硬質合金球壓入被測金屬的表面,保持規定時間后卸除試驗力,用讀數顯微鏡測出壓痕平均直徑 d(mm),然后按公式求出布氏硬度 HB 值,或者根據 d 從已備好的布氏硬度表中查出 HB 值。

　測量范圍為 8~650HBW

　 由于金屬材料有硬有軟,被測工件有厚有薄,有大有小,如果只采用一種標準的試驗力 F 與壓頭直徑 D,就會出現對某些工件與材料的不適應的現象。因此,在生產中進行布氏硬度試驗時,要求能使用不同大小的試驗力與壓頭直徑,對于同一種材料采用不同的 F 與 D 進行試驗時,能否得到同一的布氏硬度值,關鍵在于壓痕幾何形狀的相似,即可建立F與D的某種選配關系,以保證布氏硬度的不變性。

　特點:一般來說,布氏硬度值越小,材料越軟,其壓痕直徑越大;反之,布氏硬度值越 大,材料越硬,其壓痕直徑越小。布氏硬度測量的優點就是具有較高的測量精度,壓痕面積大,能在較大范圍內反映材料的平均硬度,測得的硬度值也較準確,數據重復性強。

　四、 實驗內容 1. 測量滾動軸承表面洛氏硬度值 使用洛氏硬度計對軸承外圈進行硬度測定,記錄相關測量數據:

　加載力(kgf)=

　1471 N

　 硬度值測定 平均值 測量次數 第一次 第二次 第三次 HRC 61、9 61、2 62、6 61、9 2. 測量試塊表面布氏硬度值 在布洛維硬度計上,使檔位調至布氏硬度測定檔,試塊進行表面硬度測定,記錄相關測定數據: 加載力(kgf) =

　980 N

　凹痕直徑(mm) 平均值(mm) 測定次數 第一次 第二次 第三次 X 方向 254、9 251、2 250、1 252、1 Y 方向 256、3 244、6 250、5 250、5 ) - D - (D22 2d DPHB??

　(D=2、5 mm ;

　 d=讀數差×0、004) 五、 思考題 1. 測量硬度前為什么要進行打磨？ 答:測試樣品與工作臺的接觸面不平。按照國家標準 GB/T 230、1-2004,洛氏硬度值=100-h/0、002,式中 h 為洛氏硬度計壓頭壓入樣品的深度,也就就是說每 0、002 毫米或 2 微米代表 1HRC硬度單位,因此被測試樣品與工作臺接觸面的平整度將對測試結果產生極大的影響。當試樣底面不平時,載荷完全施加時只要試樣因為不平整而導致輕微的偏轉,就可能使壓頭多向下移動幾個微米,測試結果就可能引起 1-5HRC 的誤差,甚至更大。因此,測試前被測樣品的底面必須用機械加工(如磨床)或手工方法(如砂紙打磨)磨平,以減小測試誤差。

　2. HRC、HB 與 HV 的試驗原理有何異同? 答:1、布氏硬度(HB)

　以一定的載荷(一般 3000kg)把一定大小(直徑一般為 10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。

　2、洛氏硬度(HR)

　當 HB>450 或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它就是用一個頂角 120°的金剛石圓錐體或直徑為 1、59、3、

　18mm 的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同,分三種不同的標度來表示:

　HRA:就是采用 60kg 載荷與鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質合金等)。

　HRB:就是采用 100kg 載荷與直徑 1、58mm 淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。

　HRC:就是采用 150kg 載荷與鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。

　3 維氏硬度(HV)

　以120kg以內的載荷與頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度 HV 值(kgf/mm2)。

　 3. HRC、HB 與 HV 各有什么優缺點？各自適用范圍就是什么？舉例說明 HRC、HB 與 HV適用于哪些材料及工藝？

　答:布氏硬度(HB)適用于退火正火鋼,壓痕大,適用于硬度不均勻材料,不適用于薄料。硬度值應在有效測量范圍內(HRC 為 20-70)為有效;布氏硬度計多用于原材料與半成品的檢測,由于壓痕較大一般不用于成品檢測。一般 HBS 只適用于 450N/mm 2 (MPa)以下的金屬材料,對于較硬的鋼或較薄材料不適用;維氏硬度適用于較大工件與較深表面層的硬度測定,小負荷維氏硬度試驗負荷 1、961~<49、03N,它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測定;顯微維氏硬度試驗負荷<1、961N,適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測定。

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