金属力学性能实验 硬度实验
金属力学性能实验 硬度实验
一、 实验目的 正确掌握三种硬度（布氏、洛氏、维氏）的 测试原理，主要规范及测试方法，要求 能正确地测定各种材料的硬度值。 培养正确选择硬度试验法的能力。 熟悉三种硬度计（布氏硬度计、洛氏硬度 计、维氏硬度计)的操作规程， 并一般了 解其主要结构、特点及工作原理
一 、实验目的 • 正确掌握三种硬度(布氏、洛氏、维氏)的 测试原理，主要规范 及测试方法，要求 能正确地测定各种材料的硬度值。 • 培养正确选择硬度试验法的能力。 • 熟悉三种硬度计（布氏硬度计、洛氏硬度 计、维氏硬度计）的操作规程，并一般了 解其主要结构、特点及工作原理
二、实验内容 1、参考三种硬度试验法的特点对所给试验 材料正确地选择一种或两种适当的硬度试 验方法。 2、对每种试验材料根据所给定的硬度试验 法正确选择试验规范并分别测定其硬度值。 3、分析和讨论试验结果
二、实验内容 1、 参考三种硬度试验法的特点对所给试验 材料正确地选择一种或两种适当的硬度试 验方法。 2、 对每种试验材料根据所给定的硬度试验 法正确选择试验规范并分别测定其硬度值。 3、 分析和讨论试验结果
三、基本概念及测试原理 1.金属布氏硬度试验方法(GB/T231-2002) 试样 阳2-1布氏及皮式趋原理示老因
三、基本概念及测试原理 1.金属布氏硬度试验方法(GB/ T 231-2002)
布氏硬度的测试原理如图所示，采用一定直径D的淬硬钢球或硬质合金球， 在规定负荷P的作用下压入被测金属表面，经规定保荷时间后卸除负荷，在被 测金属表面留下一球冠状压痕，测量试样表面压痕的直径d即能算出压痕面积 F,然后以压痕单位面积上所承受的负荷表示金属的布氏硬度值，其符号用 HB表示，（压头为钢球时用HBS,压头为硬质舍金球时用HB),[注：布氏 硬度超过350时，钢球和硬质合金球得到的试验结果明显不同。']其值可用下 述公武计算：B=P=P= 2P -(kgf mm2;N/mm2) FDhπD(D-√D2-d2) 式中：P一施加的负荷(kgf或N/mm2); F一压痕表面积(mm2): D一球体直径(mm); h一压痕深度(mm): d一试样表面压痕直径(mm) 因此，只要测出试样表面的压痕直径，就可利用上式计算或查表得到HB值。 为了使硬度值与所选择的负荷无关，该负荷下所产生的试样表面压痕直径d 满足：0.24D<d<0.6D 由于被测金属软硬不同，试件厚薄及大小不同，所产生的压痕又必须满足 0.25D<d<O.6D,若采用一种负荷P和一种直径D的球体压头，是不能满足试 验要求的，因此往往要求能使用不同大小的负荷P和球体直径D进行试验。这 时，对同一种材料能否得到同一的布氏硬值，对于不同材料所得之结果能否 相互进行比较，其笑键在于压痕的几何形厌是否相似，这就是布氏硬度试验 中的压痕几何形状相似原理。根据压痕几何形状相似原理可知，为了使同一 种材料使用不同的P和D能得到相同的布氏硬度值，必须满足： PP乃 …=K D D
• 布氏硬度的测试原理如图所示，采用一定直径D的淬硬钢球或硬质合金球， 在规定负荷P的作用下压入被测金属表面，经规定保荷时间后卸除负荷，在被 测金属表面留下一球冠状压痕，测量试样表面压痕的直径d即能算出压痕面积 F，然后以压痕单位面积上所承受的负荷表示金属的布氏硬度值，其符号用 HB表示，(压头为钢球时用HBS，压头为硬质舍金球时用HBW)，[注：布氏 硬度超过350时，钢球和硬质合金球得到的试验结果明显不同。]其值可用下 述公式计算： • 式中：P— 施加的负荷(kgf或N/mm2)； • F— 压痕表面积(㎜2)； • D— 球体直径(㎜)； • h— 压痕深度(㎜)； • d— 试样表面压痕直径(㎜) • 因此，只要测出试样表面的压痕直径，就可利用上式计算或查表得到HB值。 • 为了使硬度值与所选择的负荷无关，该负荷下所产生的试样表面压痕直径d 满足：0.24D＜d＜0.6D • 由于被测金属软硬不同，试件厚薄及大小不同，所产生的压痕又必须满足 0.25D<d<O.6D，若采用一种负荷P和一种直径D的球体压头，是不能满足试 验要求的，因此往往要求能使用不同大小的负荷P和球体直径D进行试验。这 时，对同一种材料能否得到同一的布氏硬值，对于不同材料所得之结果能否 相互进行比较，其关键在于压痕的几何形状是否相似，这就是布氏硬度试验 中的压痕几何形状相似原理。根据压痕几何形状相似原理可知，为了使同一 种材料使用不同的P和D能得到相同的布氏硬度值，必须满足： ( / ; / ) ( ) 2 2 2 2 2 kgf mm N mm D D D d P Dh P F P HB K D P D P D P 2 3 3 2 2 2 2 1 1
即：（常数）；K=30;15；10;5;2;1.25 材料 布氏硬度 K(P/D↑2) 钢及铸铁 140 30 钢及其合金 130 30 轻金属及其合金 80 10(15) 铅、锡 1.25
即：（常数）;K=30；15；10；5；2；1.25 材料 布氏硬度 K(P／D↑2) 钢及铸铁 ＜ 140 ＞ 140 10 30 钢及其合金 ＜ 35 35~130 ＞ 130 5 10 30 轻金属及其合金 ＜ 35 35~80 ＞80 2.5(1.25) 10（5或15） 10（15） 铅、锡 1.25
1、当实验条件允许时，应尽量选用10mm球。 2、当有关标准中设有明确规定时，应使用元括号 的P/D2值。 压痕直径应从两个垂直方向测量，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%。 用直径为10毫米的球体进行试验时，压痕直径的 测量应精确到0.02mm,用2.5毫米球体时则应达 到0.01毫米
1、当实验条件允许时，应尽量选用10mm球。 2、当有关标准中设有明确规定时，应使用元括号 的P／D2值。 压痕直径应从两个垂直方向测量，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％。 用直径为10毫米的球体进行试验时，压痕直径的 测量应精确到0.02mm,用2．5毫米球体时则应达 到O.01毫米
布氏硬度值表示方法： 例如： 120HBS10/1000/30,表示用直径 10mm钢球压头，在1000kgf(9.807kN)试 验力作用下保持30秒，测得的布氏硬度值 为120。 例如：500HBW5/750表示用5mm硬质合 金球压头，在750kgf(7.355kN)试验力作 用下保持10秒，测得的布氏硬度值为500 o
• 布氏硬度值表示方法： • 例如：120HBS10/1000/30，表示用直径 10mm钢球压头，在1000kgf(9.807kN）试 验力作用下保持30秒，测得的布氏硬度值 为120 。 • 例如： 500HBW5/750表示用5mm硬质合 金球压头，在750kgf (7.355kN）试验力作 用下保持10秒，测得的布氏硬度值为500
2、金属洛氏硬度试验方法 洛氏硬度试验法：以压头压入被测金属表面的深度的大小来表示材料 的软硬。 其压头采用120度的金刚石锥体或直径为1.588mm(1/16寸)的淬硬钢球。 PorP e (a) b) (c) (a)(b)(e) 图24洛氏硬皮试整原理日
2、金属洛氏硬度试验方法 • 洛氏硬度试验法：以压头压入被测金属表面的深度的大小来表示材料 的软硬。 • 其压头采用120度的金刚石锥体或直径为1.588mm(1/16寸)的淬硬钢球
上图()表示压头在初负荷步加上主负荷P0作用下压入被测金属表面，深度为h。:图(b)表示进一步加上主负荷P1, 使压头在总负荷P=P。十P1的作用下压入被测金属，压入深度1：然后御去主负荷P1,保留初负荷P。,这时压头 压入被测金属表面的深度将由于材料弹性变形的恢复而发生变化，压入深度为2，图(C)所示。 由上图可见h2一h0=e,e即为主负荷P1作用下的残余压入深度，此深度被用来衡量材料的软硬，但如果直接用e 值代表硬度值，那么材料越软，得到的值越大，即硬度值越高，这与习惯不符，因此测量硬度值时人为规定用一常 数k减去残余压深度e,用所得能差值代表材料的硬度值，并规定每0.002mm作为一个洛氏硬度单位，并用符号HR表 示洛氏硬度值，洛氏硬度值的计算为· K-e HR 0.002 式中：K一人为规定的常数，使用金刚石压头时，常数值为0.2mm, 使用钢球压头时，常数值为0.26mm。 e一主负荷作用下的残余压入深度 为了能用一种硬度计册定从软到硬的金属材料的硬度，洛氏硬度试验时，采用了不同的 压头和总负荷，组成多种不同的洛氏硬度标尺(A、B、C、D、E、F、G等)，最常用的 有HRAHRB、HRC三种标尺，它们的试验规范。 在这三种标尺中最常用的是HRC
– 上图(a）表示压头在初负荷步加上主负荷P0作用下压入被测金属表面，深度为h。；图(b）表示进一步加上主负荷P1， 使压头在总负荷P＝P。十P1的作用下压入被测金属，压入深度h1；然后卸去主负荷P1，保留初负荷P。，这时压头 压入被测金属表面的深度将由于材料弹性变形的恢复而发生变化，压入深度为h2，图(c）所示。 由上图 可见h2－h0=e,e即为主负荷P1作用下的残余压入深度，此深度被用来衡量材料的软硬，但如果直接用e 值代表硬度值，那么材料越软，得到的e 值越大，即硬度值越高，这与习惯不符，因此测量硬度值时人为规定用一常 数k减去残余压深度e，用所得能差值代表材料的硬度值，并规定每0.002mm作为一个洛氏硬度单位，并用符号HR表 示洛氏硬度值，洛氏硬度值的计算为： 0.002 K e HR 式中： K―人为规定的常数，使用金刚石压头时，常数值为0.2mm，使用钢球压头时，常数值为0.26mm。 e ― 主负荷作用下的残余压入深度 为了能用一种硬度计册定从软到硬的金属材料的硬度，洛氏硬度试验时，采用了不同的 、HRB 、HRC 三种标尺，它们的试验规范。 压头和总负荷，组成多种不同的洛氏硬度标尺（A、B、C、D、E、F、G等），最常用的 有HRA 在这三种标尺中最常用的是HRC