材料力学性能指导书(金属材料工程)

材料力学性能实验指导书

（金属材料工程专业）

张学萍刘志远

沈阳理工大学

二零一二年三月

目录

实验一硬度实验......................................................................... (3)

实验二材料力学性能综合实验 (17)

前言

《材料力学性能》这门课的实验是该课的重要组成部分，是该理论课的基础，正确地掌握实验的理论和方法，对提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力有重要意义。

编写本实验指导书，是根据《材料力学性能》教学大纲及教材的有关内容、又根据我院设备、仪器实际情况编写的，这样，与教材的内容相一致，便于安排实验教学。本实验指导书将部分单项实验改为综合实验，材料力学性能综合实验不仅使学生建立完整的知识体系，还能有效地提高学生的整体思维能力和总结概括能力。

本实验指导书适用于：材料成型及控制工程专业

编者

2012年3月

实验一硬度实验

一.实验目的

1.掌握洛氏、布氏硬度的基本原理及测试方法。

2.根据材料的性质正确选择硬度计类型及压入条件。

3.熟悉各种硬度值之间的换算。

二、实验内容

用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度；用布氏硬度计测定45刚退火后的硬度；观察维氏硬度计的操作方法（选做）。

三、概述

硬度试验操作简便，对工件损伤小，可在零件上直接测试，故在生产实践中应用很普遍。

硬度所表征的不是一个确定的物理量，它是衡量材料软硬程度的一种性能指标。硬度值的意义随试验方法而不同。硬度试验基本上可分为压入法和刻划法。对于以压入法进行的硬度试验，其硬度值是表示材料抵抗另一物体压入其表面的能力，洛氏、布氏和维氏硬度都属于压入法硬度试验。

（一）洛氏硬度试验法。

1.洛氏硬度是以压痕的深度来表示

材料的硬度值。图1-1为洛氏硬度试验

原理图。

测试洛氏硬度时，用规定的压头，

先后施加两个负荷：预负荷F0和主负

荷F1。总负荷F= F0+F1。图1-1中，

0-0位置为未加负荷时的压头位置；l-l

位置为施加10kg预负荷后的位置，压

入深度为h1；2-2位置为加上主负荷后

的位置，此时压入深度为h2；3-3位置图1-1 洛氏硬度试验原理

为卸除主负荷后由于弹性变形的恢复而

使压头略微提高的位置，此时压头的实际压入深度为h3。由主负荷引起的残余压入深

度h=h 3-h 1，用此来衡量金属硬度值的大小。若直接用h 来表示硬度，则会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值反而大的现象。不符常规。为了适宜人们认为数值愈大硬度值愈高的习惯概念，人为规定，用一常数K 减去h 来表示硬度的太小，并规定每0.002mm 为一个洛氏硬度单位。因此，洛氏硬度值的计算公式可写成：

002

.0)

(13h h K HR --=

式中：h 1—预加负荷压入试样的深度(mm)； h 3—卸除主负荷后压人试样的深度(mm)；

K 一常数。A 和C 标尺K=0.2mm ，B 标尺K=0.26mm 。 因此，洛氏硬度值的计算公式还可以写成：

002

.0100)HRA ( HRC 1

3h h --

=或

0.002

h -h -

130 HRB 13=

试验时，可选用不同的压头和不同的主负荷，洛氏硬度标尺也随之变化。表1-1为各种洛氏标尺及试验条件。

表1-1 中最常用的是HRA 、HRB 、HRC 等三种。表1-2为这三种洛氏硬度标尺的试验条件和应用。

表1-2 三种洛氏硬度标尺的试验条件和应用

2. 洛氏硬度计的操作规程

洛氏硬度计由机体、加荷机构、测深机构和压头等组成。

1）根据试样的材质、形状和尺寸选择压头、负荷，并安装到位；

2）试样平放在载物台上，将压头对准试样表面待测部位；

3）顺时针转动载物台升降手柄使试样接触压头，继续转动手柄使百分表的小指针指向红点，这表明预负荷已加完，此时要求大指针不偏离刻度盘零点±5个刻度；

4）转动刻度盘使其零点对准大指针；

5）扳动加荷手柄施加主负荷，施荷时闻4～6秒，然后平稳地把手柄扳回到卸荷位置；

6）从刻度盘的相应标尺读出指针所指的硬度值；

7）逆时针旋转手轮，取出试样，测试完毕。

测试洛氏硬度时应注意：

①为保证试验结果的精度，试样表面应平整、无油污、无氧化皮及凹坑等；试样的厚度不应小于压痕深度的l0倍。

②两相邻压痕中心距离及压痕中心至试样边缘距离均不得小于3mm 。

③洛氏硬度试验如在圆柱或球形表面进行时，应对试验结果加以校正。校正值可通过下列计算公式求得：对圆柱面： 101006 HRC ⨯-=∆D HRC

对球面：

1010012

HRC ⨯-=∆D

HRC

式中：△HRC ——应加上的校正值； HRC ——球面或圆柱面的硬度； D ——球或圆柱的直径。

④试样的安装必须保证压头所施加的作用力垂直于待测面，对于弯曲及其他不规则形状的试样，必须采用相应的专用工作台。如对圆柱式样须用V 形工作台； ⑤每个试样的试验次数不应少于两次，取其平均值。 (二)布氏硬度试验法

布氏硬度与材料其他的机械性能关系密切，尤其是与抗拉强度极限存在近似的换算关系：

σb =K·HB （其中K 为常数，不同的材料有不同的K 值），这在生产中有很重要的意义。 １．布氏硬度的测试原理

图1—2为布氏硬度测试原理图。用一定大小的负荷P(公斤力)，把直径力D （mm ）的淬火钢球压人被测试样的表面，保持一定时间后卸除负荷。测量试样表面压痕的直径d ，计算出布氏硬度值，用符号HB 表示。该值的大小就是试样表面压痕单位面积上所承受的压力。

即：

222)kg/mm D -D(D 2P/Dh P/ P/F HB d -===ππ 式中：D ——钢球直径(mm)；

P ——试验负荷(有3000；1000；750；250等)； d ——压痕直径(mm)。