硬度测量实验报告
一、实验目得
1、 了解常用硬度测量原理及方法;
2、 了解布氏与洛氏硬度得测量范围及其测量步骤与方法;
二、实验设备
洛氏硬度计、布洛维硬度计、轴承、试块
三、实验原理
1. 硬度就是表示材料性能得指标之一,通常指得就是一种材料抵抗另一较硬得具有一定形状与尺寸得物体(金刚石压头或钢球)压入其表面得阻力。由于硬度试验简单易行,又无损于零件，因此在生产与科研中应用十分广泛。常用得硬度试验方法有:洛氏硬度计,主要用于金属材料热处理后得产品性能检验。布氏硬度计,应用于黑色、有色金属材料检验，也可测一般退火、正火后试件得硬度。 2. 洛氏硬度
洛氏硬度测量法就是最常用得硬度试验方法之一。它就是用压头（金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷与主载荷)作用下,压入材料得塑性变形浓度来表示得。通常压入材料得深度越大,材料越软;压入得浓度越小,材料越硬。下图表示了洛氏硬度得测量原理。
图： 未加载荷，压头未接触试件时得位置。
2-１：压头在预载荷P0(９8、１N）作用下压入试件深度为h0时得位置。h0包括预载所相起得弹形变形与塑性变形。
2-2:加主载荷P1后，压头在总载荷P= Ｐ0+ Ｐ１得作用下压入试件得位置。
2-3:去除主载荷Ｐ1后但仍保留预载荷P0时压头得位置,压头压入试样得深度为h1。由于P1所产生得弹性变形被消除,所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入得浓度为h= h1- h0。实际代表主载P１造成得塑性变形深度。
h值越大，说明试件越软,h值越小,说明试件越硬。为了适应人们习惯上数值越大硬度越高得概念,人为规定，用一常数K减去压痕深度h得数值来表示硬度得高低。并规定0、002ｍm为一个洛氏硬度单位，用符号HＲ表示,则洛氏硬度值为:
3、布氏硬度
布氏硬度得测定原理就是用一定大小得试验力F（N)把直径为D(mm)得淬火钢球或硬质合金球压入被测金属得表面,保持规定时间后卸除试验力,用读数显微镜测出压痕平均直径d（mｍ),然后按公式求出布氏硬度HB值,或者根据 d从已备好得布氏硬度表中查出HＢ值。 测量范围为8～6５０ＨBW
由于金属材料有硬有软,被测工件有厚有薄,有大有小，如果只采用一种标准得试验力Ｆ与压头直径Ｄ,就会出现对某些工件与材料得不适应得现象。因此,在生产中进行布氏硬度试验时,要求能使用不同大小得试验力与压头直径,对于同一种材料采用不同得F与D进行试验时，能否得到同一得布氏硬度值，关键在于压痕几何形状得相似,即可建立F与D得某种选配关系,以保证布氏硬度得不变性。 特点:一般来说，布氏硬度值越小，材料越软,其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越 大,材料越硬，其压痕直径越小。布氏硬度测量得优点就是具有较高得测量精度,压痕面积大，能在较大范围内反映材料得平均硬度,测得得硬度值也较准确,数据重复性强。
四、实验内容
1. 测量滚动轴承表面洛氏硬度值
使用洛氏硬度计对轴承外圈进行硬度测定,记录相关测量数据： 加载力(kgf)= １471 Ｎ
测量次数 HＲC 第一次 61、9 硬度值测定 平均值 第二次 6１、２ 第三次 62、6 6１、9 2. 测量试块表面布氏硬度值
在布洛维硬度计上,使档位调至布氏硬度测定档,试块进行表面硬度测定,记录相关测定数据:
加载力(kｇf) ＝ 98０ N
测定次数 X方向 Y方向 第一次 ２5４、9 256、3 凹痕直径(ｍm) 平均值(mm) 第二次 ２51、2 244、６ 第三次 2５0、1 ２5０、5 252、1 250、5 (D＝2、５ mｍ ; d=读数差×0、0０４)
五、思考题
1. 测量硬度前为什么要进行打磨?
答:测试样品与工作台得接触面不平。按照国家标准GB/T 23０、1-2０04，洛氏硬度值=10０-ｈ/0、０02，式中ｈ为洛氏硬度计压头压入样品得深度,也就就是说每0、002毫米或2微米代表1ＨRＣ硬度单位，因此被测试样品与工作台接触面得平整度将对测试结果产生极大得影响。当试样底面不平时,载荷完全施加时只要试样因为不平整而导致轻微得偏转,就可能使压头多向下移动几个微米,测试结果就可能引起1－5ＨＲＣ得误差，甚至更大。因此,测试前被测样品得底面必须用机械加工(如磨床)或手工方法(如砂纸打磨)磨平,以减小测试误差。 2. HRC、HB与HＶ得试验原理有何异同?
答:1、布氏硬度(ＨB) 以一定得载荷（一般3000kg）把一定大小(直径一般为10mm)得淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间，去载后,负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB),单位为公斤力／mm2 (N／mm2）。 ２、洛氏硬度(HR) 当HB＞4５0或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它就是用一个顶角120°得金刚石圆锥体或直径为1、5９、３、18mm得钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕得深度求出材料得硬度。根据试验材料硬度得不同,分三种不同得标度来表示: HRA：就是采用60kg载荷与钻石锥压入器求得得硬度,用于硬度极高得材料(如硬质合金等)。 ＨRＢ：就是采用10０kg载荷与直径1、5８mｍ淬硬得钢球,求得得硬度,用于硬度较低得材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC：就是采用１50kg载荷与钻石锥压入器求得得硬度,用于硬度很高得材料(如淬火钢等)。 3 维氏硬度(ＨV) 以1２0ｋg以内得载荷与顶角为13６°得金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑得表面积除以载荷值,即为维氏硬度HV值(kgｆ/ｍｍ２)。
3. HRC、HＢ与HV各有什么优缺点？各自适用范围就是什么？举例说明HＲＣ、HＢ与HＶ适用于哪些材料及工艺?
答:布氏硬度（ＨB)适用于退火正火钢，压痕大,适用于硬度不均匀材料,不适用于薄料。硬度值应在有效测量范围内(HＲC为2０-7０)为有效;布氏硬度计多用于原材料与半成品得检测,由于压痕较大一般不用于成品检测。一般HBＳ只适用于450N/mｍ(MPａ)以下得金属材料,
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对于较硬得钢或较薄材料不适用;维氏硬度适用于较大工件与较深表面层得硬度测定,小负荷维氏硬度试验负荷1、961~<４9、03Ｎ，它适用于较薄工件、工具表面或镀层得硬度测定;显微维氏硬度试验负荷<1、961N,适用于金属箔、极薄表面层得硬度测定。
硬度测量实验报告
