硬度实验

(5) 有色金属；
(6) 硬质合金。
谢谢！ 请批评指正！
• 金属硬度实验方法国家标准及使用范围
标准编号 标准名称 使用范围
GB231-84
金属布氏硬度试验方法
用于黑色、有色金属的原材料检验，也可 用于退火、正火钢铁试件的硬度测试
GB230-83
金属洛氏硬度试验方法
主要用于热处理后金属材料的性能检测
GB4340-84
金属维氏硬度试验方法
用于薄板材或金属表层的硬度测定，以及 较精确的硬度测定 主要用于测定金属的组织组成物或组成相 的硬度
• 2 、布氏硬度测定的技术要求 • 试样表面要与试验台平行，并有一定的光洁度，以使压痕边
缘清晰，保证精确测量压痕直径d。
• 压痕应距试样边缘＞D（钢球直径），两压痕之间的距离＞ 2D。 • 测定压痕直径时，应在相互垂直的方向上测量直径，取其平 均值为d。
• 为表明试验条件，可在HB值后标注D/P/T，如HB 10/3000/10
140-450 黑色 金属 小于140
P=30D2
10
大于6 6-3 小于3 6-3 4-2 小于2
9-3 6-3 小于3 大于6 6-3 小于3
P=10D2
10 5 2.5 10 5 2.5
10 5 2.5 10 5 2.5
3000 750 187.5 3000 750 187.5
3000 750 187.5 3000 750 187.5
4) 在试件允许的情况下，一般选不同部位
至少测试三个硬度值，取平均值，取平 均值作为试件的硬度值。 5 )对形状复杂的试件要采用相应形状的垫 块，固定后方可测试。对圆试件一般要 放在V形槽中测试。 6) 加载时动作要轻稳，加载时不能移动试 样或转动压头。
思
考
题
1．最常用的硬度计有哪几类？其硬度用什么符号表示？ 2．洛氏硬度计的测量原理是什么？ 3．最常用的三种洛氏硬度标准的压头载荷是如何配合使 用的？ 4．布氏和维氏硬度的试验原理是什么？ 5．试说明布氏、洛氏、维氏硬度试验的优缺点、适用范 围及测量注意事项。
试验力的影响
HB d = 0.375D
0 F
HB与试验力关系
试验力保持时间影响 压痕间的距离及压痕与试样边缘距 离的影响
布氏硬度试验机及操作程序
1、把试样放在工作台上，顺时针 转动手柄，使压头压向试样 表面 直至手轮对下面的螺母产生相对 运动为止。 2、按动加载按钮，开始加载，此 时紧压螺钉已拧松，圆盘并不转 动，当红色指示灯亮时，迅速拧 紧紧压螺钉，使圆盘转动，达到 所要求的持续时间后，转动自动 停止。
硬质合金球与钢球对硬度影响
两者的影响没固定模式,但总的趋向是钢球结果 偏低.两试验例子: 表1 10mm直径硬质合金球与钢球试验结果比较 HBS HBW 222 223 285 287 354 357 461 475 627 745
5mm直径硬质合金球与钢球试验结果比较 HBS HBW 208 208 286 288 395 404 457 477 601 683
二是硬度参数超出规定标准所造成的误 差。对第二种误差，在测量前需用标准 块对硬度计进行校准。
洛氏硬度各标度有一事实上的适用范围，要根 据规定正确选用。例如，硬度高于HRB100时， 应采用HRC标度进行测试；硬度低于HRC20时应 用HRB标度进行测试。因为超出其规定的测试 范围时，硬度计的精确度及灵敏度较差，硬度 值不准确，不宜使用。
0.002
• 为了能用一种硬度测定从软到硬的金属材料硬度，采用了 不同的压头和总载荷，组合成几种不同的洛氏硬度标度， 每一种标度用一个字母载洛氏硬度符号HR后加以标注， 我国常用HRA, HRB, HRC三种，见表1-4。 • 各种洛氏硬度的值不能相互比较，可以通过试验测定的换 算表进行比较。有管洛氏硬度的实验方法见GB230方法
（二） 硬度测量原理
• 1. 布氏硬度
• 布氏硬度的测量原理是用一定载荷P(kgf)，把直径为D（mm） 的淬火钢球或硬质合金头压入被测金属的表面，保持一定时间后卸载， 根据金属压痕的表面积F（mm2),除载荷所得的商值即为布氏硬度， 其符号用HB表示，代表单位压痕面积上所承受的压力，一般不标出 单位。
洛氏硬度计
• 按预期硬度确定压头和载荷，装入试验机。 • 将符合要求的试样放置在实验机上，顺时针 转动手柄，使试样与压头缓慢接触，直到表 盘小指针指到0为止，此时即已预加载荷 10kgf。然后将表盘大指针调整到零点。 • 按动按钮，平稳加上主载荷，当表盘中大指 针反向旋转若干格并停止时，持续3-4秒，再 顺时针旋转摇柄，直至自锁为止，即卸除主 载荷。此时大指针退回若干格，这说明弹性 变形得到恢复，指针所指位置反映了压痕的 实际深度，由表盘上可以直接读出洛氏硬度 值，HRA、HRC读外圈黑刻度，HRB读内圈 红刻度。 • 逆时针旋转手轮，取出试样，测试完毕。
6．符号130HBW10/1000/30、HRC50、640 HV 30、640 HV 30/20、的含义？
7．维氏硬度两相邻压痕中心之间的距离?
8．显微硬度常用的压头有哪两种？其硬度值如何测量？
9．如何测量显微硬度的压痕对角线的长度？ 10．试根据下列试件的特点选择合适的硬度试验法进行 测量： (1) 渗碳层的硬度分析； (2) 淬火钢； (3) 灰口铸铁； (4) 鉴别钢中的马氏体和残留奥氏体；
其他硬度测试法也都规定有相应的校正标准。
校准硬度计用的标准块不能两面使用，因标准 面与背面硬度不一定一致。一般规定标准块自 标定日起一年内有效。
2) 压头避免撞击,保持清洁; 3) 硬度计调整后，开始测量硬度时，第 一个测试点不用。因怕试样与砧座接触 不好，测得的值不准确。特第一点测试 完，硬度计处于正常运行机制状态后再 对试样进行正式测试，记录测得的硬度 值。
从上述两例子可见用S-球试验的结果偏低于W-球 的结果.
试样厚度影响 对于不同材料和不同硬度,试样厚度对硬度 测量结果影响有所不同,总的趋向是,在试样 厚度与压痕直径之比的某个倍数以上的厚 度,硬度测量结果无明显影响.低于这倍数, 硬度值偏低. 通过试验得到结论,试样厚度应为: 最小试样厚度
8d
金属硬度实验
Metals degree of hardness experiments
一 实验目的 Experiment purpose
• 1 掌握金属布氏、洛氏硬度的实验原理和 测定方法； • 2 了解各种硬度实验方法的特点、应用范 围及选用原则； • 3 学会正确使用各种硬度计及它们之间的 换算关系。
10
大于130
P=30D2
30
有色 36-130 金属
P=10D2
30
8-35
P=2.5D2
60
布氏硬度试验影响因素
根据《硬度计量与硬度计》提供的分析,当压头直径 变化时,压痕直径会变化,表示为:
HB 2 1 D 1 n D 1 2 HB n d 1 D
• h值来衡量材料的硬度。
• 金属越硬，压痕深度越小；金属越软， 压痕深度越大。若直接以深度h作为硬度 值，会出现材料越软，h值反而越大的情 况。为了适应人们认为硬度越高，材料 越硬的习惯相一致，认为规定以常数K减 去h值作为落实硬度值的指标，并规定每 0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号 K h HR表示： HR
金属硬度实验方法国家标准及使用范围标准编号标准名称使用范围gb23184金属布氏硬度试验方法用于黑色有色金属的原材料检验也可用于退火正火钢铁试件的硬度测试gb23083金属洛氏硬度试验方法主要用于热处理后金属材料的性能检测gb434084金属维氏硬度试验方法用于薄板材或金属表层的硬度测定以及较精确的硬度测定gb434284金属显微维氏硬度试验方法主要用于测定金属的组织组成物或组成相的硬度硬度测量原理硬度测量原理布氏硬度布氏硬度布氏硬度的测量原理是用一定载荷布氏硬度的测量原理是用一定载荷pkgfpkgf把直径为把直径为ddmmmm的淬火钢球或硬质合金头压入被测金属的表面保持一定时间后卸载的淬火钢球或硬质合金头压入被测金属的表面保持一定时间后卸载根据金属压痕的表面积根据金属压痕的表面积ffmmmm22除载荷所得的商值即为布氏硬度除载荷所得的商值即为布氏硬度其符号用其符号用hbhb表示代表单位压痕面积上所承受的压力一般不标出表示代表单位压痕面积上所承受的压力一般不标出单位
一 硬度
• • • • • • （一）基本概念 1. 硬度定义 硬度是衡量金属材料软硬的一种性能指标。 2 常用硬度测量方法和分类 硬度测量基本可分为压入法和划痕法。 压入法中，根据加载速度不同又可分为静载压入法和动载压入法（弹 性回跳法）。 • 在静载压入法中根据载荷、压头和表示方方法不同，又可分为布氏硬 度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等多种。 • 压入法比较简单，能测量所有金属材料的硬度，不损坏零件，而且在 一定条件下和材料抗拉强度等性能指标有一定关系，可由硬度值推断 其他强度指标，实际工作中使用最多。
• 式中，HBS、HBW分别代表用钢球和金刚石压头测得的 硬度，d是唯一变量，试验是只要测出压痕直径d（mm), 可通过计算，或查布氏硬度表即可得到HB值。 •
• 由于金属软硬不同，工件薄厚、大小不 同，不能仅采用一种标准载荷和钢球直 径D，需要在生产实验时，能使用不同 大小负荷P和钢球直径D。 • 对同一种材料采用不同载荷和钢球直径， 能否得到同一硬度值，关键在于压痕的 几何形状相似性。如图所示，要保证几 何相似性，必须保证钢球压入角j相等。
• 由图可知， d D sin 2
HB P D2 2 j 1 1 sin 2 2
j
•
此式说明，若压入角不变，为了
• 使同一种材料二者所得HB不变，则要 • 求P/D2保持常数，这就是由压痕相似性原理导出的P和D选配 原则，硬度实验时必须执行。 • 国家标准规定布氏硬度实验时， P/D2的比值为30，10，2.5三 种，根据金属材料种类、试样硬度范围和厚度的不同，按照小 表规范选择钢球直径P、载荷P记载和保持时间。
三 实验步骤
• 1 在洛氏硬度计上测定铝、黄铜、20钢、T8钢 的HRC、HRB值。 • 2 在步氏硬度计上测定45钢正火、退火试样。
四.使用硬度计应注意的事项
除了各种硬度计使用时特殊注意事项外，还有 一些共同的应注意的问题，现列举如下：
1)硬度计本身会产生两种误差：
一是其零件的变形、移动造成的误差；
P P N / mm 2 HBS (W ) 0.102 F Dh
• 在实际实验时，由于测量压痕直径d比h方便，因此将上 式h换算成d的表达式
D 1 h 2 2 D2 d 2
HBS (W ) 0.102 29
D D D 2 d 2
3、逆时针转动手轮降下工作台， 取下试样用读数显微镜测出压痕 直径d。查表得到HB值。
• 2. 洛氏硬度
•
洛氏硬度是目前使用最为广泛的实验方法，和布氏 硬度一样，也是一种压入硬度实验方法，但它不是测 量压痕面积，而是测量压痕深度，以深度大小表示材 料的硬度值。 • 压头采用锥角为120o的金刚石圆锥或直径为1.588mm （1/6 inch)的钢球。 • 载荷分两次加，先加初载P1，然后加主载荷P2，其总 载荷为P=P1+P2.
，即表示此硬度值是在D=10mm，P=3000Kgf，T=10秒的条 件下得到的
布氏硬度实验规范
金属类型 布氏硬度 （HB) 试样厚度 （mm) 6-3 4-2 小于2 P与D相互关 系 钢球直径 D(mm) 10 5 2.5 载荷P(kgf) 3000 750 187.5 在和保持时间 （sec)
• 图中0-0为金刚石压头没有和试样 • 接触位置，1-1为压头受到初载P1 • 后压入试样深度为h0的位置，2-2 • 为受到主载荷P2后压入试样深度 • 为h1的位置，3-3为压头卸掉主载
• 荷仍保留初载P1下的位置，由于弹 性恢复，压头位置提高了h2。此时 压头受主载荷作用压入深度为h: • h=h1-h2
式中: n与材料相关的常数. 从式中看出球径变化引起硬度变化的趋向.
压痕直径测量误差的影响 压痕测量误差引起硬度的误差可表示为:
HB 1 d d 11 2 2 2 HB d d d 1 D