金属材料的硬度试验.doc

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1、硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬的判据，是一个综合的物理量。材料的硬度越高，耐磨性越好，故常将硬度值作为衡量材料耐磨性的重要指标之一。    一、布氏硬度   1、试验原理用直径为D的淬火钢球或硬质合金球，以相应的试验力F压入试样表面，保持规定的时间后卸除试验力，在试样表面留下球形压痕，如左图所示。布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力表示。用淬火钢球作压头时，布氏硬度用符号“HBS”表示;用硬质合金球作压头，布氏硬度用符号“HBW”表示。金属的硬度可以认为是金属

2、材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬的数量概念。由于在金属表面以下不同深度的材料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的反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料所产生的塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强度指标σb及塑性指标Ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能以及寿命具有决定性的意义。硬度的试验方法有很多，在机械

3、工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可以分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。压入法硬度试验的主要特征是：1.试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。2.金属的硬度与强度指标之间存在如下近似的关系：σb＝K·HB,式中：σb－－－材料的抗拉强度值；HB－－－布氏硬度值；K－－－系数；                  退火状态的碳钢K＝0.34～0.36                  合金调质钢K＝0.33～0.35               

4、   有色金属合金K＝0.33～0.53      3.硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常情况下，当硬度值越高，这些性能也就越好。在机械零件设计图纸上对性能的技术要求，往往只是标注硬度值，其原因就在于此。      4.硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小的压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。       5.设备简单，操作迅速方便。   实验目的：主要是了解硬度测定的基本原理及应用范围；布氏、洛氏硬度试验机的主要结构和操作方法。实验设备：HB－3000型布氏硬度试验机和H－

5、100型洛氏硬度试验机以及相关的读数放大镜等仪器。试样：Ф20×10毫米的45钢的淬火和调质状态，Ф20×10毫米的硬铝。下图2-1和图2-2分别是HB－3000型布氏硬度试验机、H－100型洛氏硬度试验机的实物图。　　　　图2-1HB－3000型布氏硬度试验机　图2-2H－100型洛氏硬度试验机　2.1.2、注意事项1.试样两端要平行，表面要平整，若有油污或氧化皮，可用砂纸打磨，以免影响测试。2.圆柱型试样应放在带有“V”型槽的工作台上操作，以免试样滚动。3.加载时应细心操作，以免损坏压头。4.加预载荷（10k

6、gf）时，若发现阻力太大，应停止加载，立即报告，检查原因。5.测定硬度值，卸掉载荷后，必须使压头完全离开试样后再取下试样。6.金刚钻压头系贵重物件，质硬而脆，使用时要小心谨慎，严禁与试样或其它物体碰撞。7.应根据硬度试验机使用范围，按规定合理选用不同的载荷和压头，超过使用范围将不能获得准确的硬度值。硬度的测定常用压入法。把规定的压头压入金属材料表面层，然后根据压痕的面积或深度确定其硬度值。根据压头和压力不同，常用的硬度指标有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。HBS

7、(HBW)：用钢球（硬质合金球）试验的布氏硬度值；   F：试验力（N）；    d：压痕平均直径（mm）；    D：钢球（硬质合金球）直径（mm）．布氏硬度的单位为N/mm2，但习惯上只写明硬度值而不标出单位。2、选择试验规范在进行布氏硬度试验时，钢球直径Ｄ、施加的试验力Ｆ和试验力保持时间、应根据被测试金属的种类和试样厚度，按下表所示的布氏硬度试验规范正确地进行选择。布氏硬度试验规范材料布氏硬度　0.102Ｆ/D2　　备注钢及铸铁＜140＞140　1030Ｆ单位：　ＮＤ单位：　mm　铜及其合金＜3535－13

8、0＞13051030轻金属及其合金＜3535－80＞80251010铅、锡　　1.25由布氏硬度值的计算公式可以看出，当所加试验力Ｆ与钢球（或硬质合金球）直径Ｄ已选定时，硬度埴HBS（HBW）只与压痕直径d有关。d越大，则HBS（HBW）值越小，表明材料越软；反之，d越小，HBS（HBW）值越大，表明材料越硬。    除了采用钢球（或硬质合金球）直径Ｄ为10ｍｍ，试验力Ｆ