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硬度测定实验

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2020-10-31 20:11
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零基础英语学习音标-含糊

2020年10月31日发(作者:左安龙)


硬度测定实验
一、 实验目的
1. 了解布氏、洛氏、维氏、显微维氏硬度计的构造原理。
2. 掌握布氏、洛氏、维氏硬度计的试验原理、测定方法和应用范围。
3. 了解显微硬度和肖氏硬度计的使用。
二、实验要求
1. 严格执行硬度测试前对试样表面的要求。
2. 熟悉硬度计操作过程,不得碰撞硬度计压头。
3. 使用砂轮应注意安全。
4. 及时记录数据,实验结束后应关闭电源,清理现场。
三、 实验设备、仪器及材料
1. 设备仪器
(1)布、洛氏两用硬度计
(2)维氏硬度计
(3)显微维氏硬度计
(4)肖氏硬度计
(5)读数测量显微镜
2. 材料
(1)铸铁 (2)45 钢(退火)
(3)45 钢(淬火+回火) (4)高速钢刀具
(5)20 渗碳淬火钢零件 (6)硬质合金刀片
(7)黄铜(退火)
四、实验原理及适用范围
1. 布氏硬度测试实验(Brinell Hardness)
(1)实验原理:用一定直径D(mm)的 钢球或硬质合金球为压头,施以一定的试验力
F(N),将其压入试样表面(图2.1),经规定保持时 间t(s)后卸除试验力,试样表面将残
留压痕。求得单位压痕球形表面积上的试验力就是布氏硬度值, 用HB 表示,其计算公式
为:






HBW?
FF2F
??
A
?
Dh
?
D(D?D2
?d
2
)
其中A—压痕球形面积(mm2),d—压痕平均直径(mm )。
(2) 适用范围:布氏硬度试验主要用于室温下黑色、有色金属原材料检验,也可用于
退火、正火钢铁零件的硬度测试。国家标准GB6270-86《金属布氏硬度试验法》,范围:<450HB
(650HB),HBS表示用淬火钢球,适用于硬度值在450 以下的材料,HBW 表示用钨合金钢
球,适用于硬度值在450 以上的材料,新标准统一用HBW表达。



图2.1 布氏硬度实验原理图
2. 洛氏硬度测试实验(Rockwell Hardness)
(1) 洛氏硬度实验原理:在先后两次施加负荷(预负荷F0 和主负荷F1)的作用下,
将标准型的压头(金 刚石圆锥压头或钢球压头)压入试样的表面,即在加完总负荷F(F = F0
+ F1)保持一定的 时间,并卸除主负荷,保留预负荷的情况下,用计量主负荷作用下所产生
的残余压入深度e 来表示金属材料抵抗塑性变形的能力,如图2.2 示。e 值越大金属的硬
度越低,反之则硬度越高。洛氏硬度值用HR 表示,并在符号后面注以所常用标尺A、B、
C 等。洛氏硬度试验常用标尺所对应的压头、负荷硬度计算公式及应用见表2-1



图2.2 洛氏硬度实验原理图


表2-1 洛氏硬度常用标尺所对应的压头、负荷、计算及应用举例
标尺
HRA
压头
金刚石圆锥
角120°顶端
球面半径
0.2mm

直径
1.588mm 的
钢球

初载荷
N
总负荷
N
588
98
1471
硬度值计算公式
HRA=100-h0.002

HRC=100-h0.002


应用举例
硬质合金、渗碳钢、淬火
工具钢、浅层表面硬化钢
淬火钢、调质钢、硬铸铁、
深层表面硬化钢
HRC
HRB 98 980
HRB=130-h0.002

软钢,铝合金 、铜合金、
可锻铸铁
备注:h 的单位为mm。

(2) 适用范围:洛 氏硬度试验主要用于室温下金属材料热处理后的产品硬度测试,测
量范围为20~67HRC;60~8 5HRA;25~100HRB,测试标准为GBT230-91《金属洛氏硬
度试验方法》。
为了测定极薄工件及氮化层、氰化层、金属镀层等的硬度,可进行表面洛氏硬度试验见
表2-2表面洛 氏硬度试验规范及应用


标尺
硬度
符号
压头类型
初始负荷 主负荷 总负荷 硬度值测
F
0
N F
1
N FN 量范围
117.7 147.1
294.2
441.3
147.1
294.2
441.3
70~94
42~86
20~77
67~93
29~82
1~72

29.42
应用举例
渗氮钢、渗碳钢、
极薄钢板、刀刃、
零件边缘部分、表
面镀层

低碳钢、铜合金、
铝合金等薄板
15N HR15N
30N HR30N
45N HR45N
15T HR15T

30T HR30T
Φ1.588mm淬
火钢球
45T HR45T
注:①初负荷为29.42N

金刚石圆锥
264.8
411.9
117.7

29.42
264.8
411.9
②压痕深度以每0.001为一个硬度单位,常数K取0.1

3. 维氏硬度测试实验(Vicker’s hardness)
(1) 实验原理:以一 相对两面夹角为136°的金刚石正四棱锥形压头,在一定的负荷
作用下,压入试样表面,经规定的保荷 时间卸除负荷后,计量残留压痕两对角线长度(如图
2.3)、并由此求出平均值。由实验负荷与残留压 痕表面积之商计算出维氏硬度值。维氏硬度
值用HV 表示,其计算公式为:

HV?0.1891


F
(Nmm
2

d
2

图2.3 维氏硬度实验原理示意图
(2) 适用范围:维 氏硬度试验主要用于在室温下薄板材或金属表层的硬度测定以及较
精确的硬度测定。适用测量范围为8~ 1000HV。测量标准有GB4340-84《金属维氏硬度试
验方法》和GB5030-85《金属 小负荷维氏硬度试验方法》(表面硬度)。
4. 显微维氏硬度测试实验
(1) 实验原理 :以一相对两面夹角为136°的金刚石正四棱锥形压头,在一定的微小
负荷作用下,压入试样表面,经 规定的保荷时间卸除负荷后,计量残留压痕两对角线长度(如
图2.4)、并由此求出平均值。计算出单 位残留压痕表面积上试验负荷值即为显微维氏硬值。
显微维氏硬度值用HV 表示,其计算公式同维氏硬度的计算公式。


(2) 适用范围:显微维氏硬度试验主要用于在室温下测定金属
材料的显微组织组分或相组分的硬度。适用测 量范围为8~2000HV,测量标准为
GBT4342-91《金属显微硬度试验方法》。


图2.4显微硬度压头与压痕
5. 肖氏硬度测试实验
(1) 实验原 理:以一个圆锥形金刚石(或钢球)标准冲头从一定高度自由下落到试样
的表面,以冲头回弹的高度来计 算即为肖氏硬度值。肖氏硬度值用HS 表示,并在符号后注
以C、D 型号。其计算公式为:
HS?K
h
2
h
1

式中K——系数,C型硬度K = 104 65;D型硬度K = 140;
h1——冲头自由下落的高度,mm;
h2——冲头落于试样表面后的回弹高度,mm。
C、D 肖氏硬度的技术参数如表2-3 所示:

表2-3 C、D 型肖氏硬度技术参数
项目
冲头重量(N)
下落高度h
1

C型
0.0231
254
D型
0.3550
19
0.61
12.35
冲击速度(ms) 2.23
回弹高度h
2
(mm)

165.1
(2) 适用范围:肖氏硬度试验主要用于在室温条件下测定精度要求不高的金属 及合金


大型工件的硬度测试。
五、实验方法及结果处理
(一) 布氏硬度测试实验:
1.试验条件
(1)试样表面应制成光滑的平面,表面粗糙度不大于0 .8。试验面的制备方式应与材料
和试验条件相适应。
(2)试样厚度应不小于压痕深度的10 倍。如有关技术条件另有规定时,则其厚度可
为不小于压痕深度的8 倍。
(3)压头直径、负荷大小与保荷时间的确定应根据试样预期硬度和厚度按表2-4 选择。

表2-4 压头直径、负荷大小与保荷时间的确定
材 料 布氏硬度值
范围(HB)

140-650

<140





有色金属


>130


36-130
8-35


2. 试验方法及数据处理
(1)试验时,压痕中心距试样边缘的距离应大于或等于2.5d,试
样两相邻压痕中心的距离应大于或等于4d。实验硬度小于350HB 的
金属时,上述距离应分别为3d 和6d。
(2)试验后压痕直径的大小应在下列范围内:0.2D<d<0.6D 。如不符合上述条件时,
试验结果无效,应选用相应的负荷重新试验。
(3)用直径为10、5mm 的钢球进行试验时,其压痕直径的计量
试样厚度
mm
6-3
4-2
<2
>6
6-3
<3
6-3
4-2
<2
9-3
6-3
<3
>6
6-3
<3
负荷F与压头直径
D的关系

2
0.102F D=30

2
0.102F D=10

2
0.102F D=30

2
0.102F D=10

2
0.102F D=2.5
压头直径
mm
10.0
5.0
2.5
10.0
5.0
2.5
10.0
5.0
2.5
10.0
5.0
2.5
10.0
5.0
2.5
负荷F
N
29420
7355
1839
9807
2452
613
29420
7355
1839
9807
2452
613
2452
613
153


黑色金属


应精确到0.02mm,如用直径2.5mm 的钢球则为0.01mm。
(4)压痕直径应从两相互垂直方向计量,并取其算术平均值。压痕两直径 之差应不超
过较小直径的2%。
(二) 洛氏硬度测试实验
1. 试验条件
(1)试样应制成光滑的表面,其表面粗糙度不大于0.8。
(2)弯曲表面的试样,当实验面的曲率半径小于20mm 时,硬度值必须给与修正。
(3 )试样应具有一定的厚度,必须使压痕不致在试样支承面上引起任何可见的变形。
其最小厚度应大于卸除 主负荷后压头压入深度的10 倍。
2. 试验方法及数据处理
(1)施加预负荷,试样应 向上移动至预负荷全部加上为止,如指示器超过硬度计说明
书规定的标志时,则应卸除预负荷重新选点试 验。
(2)施加主负荷时,加荷压入时间为4~8s,总负荷保持时间为2~25s;具体由加荷后随时间变形的程度而定。
(3)主负荷应于2s 内平稳卸除,并立即从刻度盘相应的标尺上读数,读数精度应为
0.2HR。
(4)试样上两 相邻压痕中心及压痕中心至试样边缘的距离应不小于压痕直径的三倍,
通常相邻压痕的中心距离不小于3 mm。
(5)每次更换压头、载样台或支座后的最初两次试验结果不予采用。
(三) 维氏硬度测试实验
1. 试验条件
(1)试样表面应为光滑平面,其表面粗糙度不大于0.40。
(2)试样测试面应为平面,如果必须在曲面上进行硬度试验时,测得的硬度值必须给
与修正。
(3)试样或表面层的最小厚度应大于压痕对角线长度的1.5倍。试验后,试验背面不
应有可 见的变形痕迹。
2. 试验方法及数据处理
(1)负荷保持时间黑色金属为10~15s;有色金属为30±2s。
(2)试样上两相邻压痕中心及压痕中心到试样边缘的距离不应小于压痕对角线的2.5
倍。


(3)压痕两对角线之差与其中较短的对角线之比应不大于2%。
(4)在更换压头、载样台的最初两次试验结果不予采用。
(四) 显微维氏硬度测试实验
1. 试验条件
(1)试样的试验表面必须光滑,其表面粗糙度不大于0.2。一般将试样经抛光处理。
(2)试样的最小厚度应大于压痕对角线长度的1.5 倍;对于铜、铝等软金属应为3 倍。
2. 试验方法及数据处理
(1)试样应平稳地安置在载样台上,试验时不得产生任何位移和振动。
(2)加载时应平稳 而缓慢,加载速度为50~60μms。对于在硬度试验时塑性行为与时
间无关的式样(钢铁材料、强度 较高的有色金属),保荷时间为10~15s;对于试验时塑性
行为与时间有关的试样,保荷时间至少为 30s。
(3)两相邻压痕中心及压痕中心到试样边缘的距离不应小于压痕对角线的2 倍。
(4)压痕对角线长度计量精度的允许误差应不大于对角线长度
的1%。
(五) 肖氏硬度测试实验
1. 试验条件
(1)试样表面应为平面,表面粗糙度不大于1.6。
(2)试样的重量应大于0.1Kg,厚度不应小于2mm。
(3)试样不得有磁性。
2. 试验方法及数据处理
(1)试样应稳固地放置在载样台上,测试大工件时,应将硬度计垂直、稳固地放在工
件上。
(2)试验时两相邻压痕间距应大于0.5mm,压痕离试样边缘应
大于6mm。
(3)每一试样至少应进行五次测试(五次示值中最大最小值之差不超过5 个单位),
以其算术平均值作为试样的试验结果。
六、 实验内容及步骤
1. 了解各种硬度计的构造、作用原理、使用方法、操作规程和安全
注意事项。
2. 对各种试样选择合适的实验方法和仪器,确定试验条件。根据试


验和试样条件选择压头和载荷。
3. 用标准硬度块校验硬度计。校验的硬度值不应超过标准硬度块硬度值的允许示值误
差,见表2-4。
4. 测定铸铁、45 钢(退火)和黄铜(退火)试样的布氏硬度。
在布洛两用硬度计上( 用布氏硬度)确定测量压头、负荷、保荷时间等参数后,压出压
痕,然后用读数显微镜测量压痕直径d, 通过公式计算或查表得到HB 值。每个试样至少测
试三点,以各点测得结果的算术平均值作为该试样的 布氏硬度值。在布洛两用硬度计上(用
洛氏硬度)测量得HRC 值。
5. 测定45 钢(淬火+回火)、高速钢刀具和20 号渗碳淬火钢零件的洛氏硬度值。
6. 测定硬质合金刀片和45 钢(淬火+回火)的维氏硬度值。
在维氏硬度计上确定测量负荷、保荷时间等参数后,先压出压痕,
然后测量压痕对角线长度d,最后通过计算或查表得到HV 值。
7. 测定45 钢(退火)中铁素体和珠光体组织的显微硬度值。
在显微维氏硬度计上,确定相应负荷和保荷时间等参 数后,分别在铁素体和珠光体组织
上打上压痕,然后测量压痕对角线长度,再通过公式计算或查表得到显 微维氏硬度值。
8. 测定20 钢板和45 钢(淬火+回火)的肖氏硬度值。
在肖氏硬度计上分别测试钢轨和45 钢(淬火+回火)的C 型肖氏硬度值。



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