材料力学性能硬度

材料力学性能实验报告

姓名：

班级：

学号：

成绩：

实验名称 实验四 硬度试验

实验目的

1. 掌握金属布氏、洛氏、维氏（小载荷）及显微维氏硬度的实验原理和测试方法；

2. 了解硬度试验根据应力状态所划分的两种试验方法及其共同特点；

3. 学会正确使用硬度计。

实验设备

1. HB-3000B-1型布氏硬度计；

2. HRD-150型电动洛氏硬度计；

3. MH-5型显微维氏硬度计；

4. HVS-50Z 型数字式维氏硬度计。

实验结果

表1 X80管线钢布氏硬度压痕直径实验数据记录表（单位：mm ）

取点方向 1 2 3 水平方向 4.0375 3.9870 4.0335 垂直方向 4.0080 3.9935 4.0670 平均值

4.0228

3.9902

4.0502

查布氏硬度值表，得到表2数据：

表2 布氏硬度值表（部分）

压痕直径10d (mm)

负荷为230P D =时

的HB 值

压痕直径10d

负荷为230P D =时

的HB 值

3.99 230

4.03 225 4.00 220 4.04 224 4.01 228 4.05 223 4.02

226

4.06

222

然后进行线性计算，表1中各个点的布氏硬度值：

第1点：226-225

HB=

(4.0228 4.03)225225.722264.02-4.03⨯-+=≈ 第2点：230220

HB=

(3.9902 4.00)220229.82303.99 4.00-⨯-+=≈- 第3点：223222

HB=

(4.0502 4.06)222222.982234.05 4.06-⨯-+=≈-

表3 各个硬度测试实验结果

硬度布氏硬度HBS 3000

(kg) /10(mm) /15(s)

洛氏硬度

HRC

维氏硬度

HV 5(kg)/10(s)

显微维氏硬度

HV 20(g)/10(s)

材料X80管线钢40Cr退火铝合金

20#

珠光体（黑）铁素体（白）

1 226 40.9 148.8 425.05 168.37

2 230 39.5 156.6 446.30 157.74

3 223 38.6 154.7 467.0

4 163.06 平均值226 39.7 153.4 446.13 163.06

图1 显微镜下X80管线钢布氏硬度压痕图

图2 显微镜下铁素体的维氏硬度压痕

图3 显微镜下珠光体的维氏硬度压痕

实验思考题：

1、说明本实验使用的各种硬度计的型号及操作程序。 答：布氏硬度计：

（1）型号：HB-3000B-1；

（2）操作程序：将一定直径钢球以一定负荷压入试样表面，保持一定时间后卸载，测量试样表面压痕直径，用载荷除以压痕表面积计算出应力值作为硬度值大小的计量单位，通过测量压痕直径查表即可得硬度值。

洛氏硬度计

（1）型号：HRD-150；

（2）操作程序：实验时，对试样首先施加初始试验力F 0，产生一个压痕深度h 0，然后施加主试验力F 1，此时产生一个压痕深度增量h 1，第二个步骤是在总试验力作用下进行的，总压痕深度为10h h +，在此条件下，经过规定保持时间后卸除主试验力，测量在初始试验下的残留压痕深度，在硬度计表盘上读出硬度值；

维氏硬度计

（1）型号：HVS-50Z ；

（2）操作程序：将试样在目镜下调节清楚，然后施转镜头将压头对准试样加载，加载完毕后将镜头重新调至试样上，对焦后测量对角线的距离，垂直方向各测一次用所得的d 1，d 2值取平均值除以10代入公式求解。

显微维氏硬度计 （1）型号：MH-5；

（2）操作程序：在计算机系统中调好参数，载荷及保载时间，点击测量键，计算机自动加载保持得到一个标准压痕图形，并采用四点法测量。 2、分析各种试样的硬度试验方法与试验条件的选择原则。 答：布氏硬度：

试验方法：用布氏硬度计对样品加载，加载后测量压痕直径，并根据直径查表得出样品硬度值。

试验条件选择原则：d/D=0.24~0.6；保持时间为：黑色金属10~15s ，有色金属30±2s 。 洛氏硬度：

试验方法：对试样首先施加初始试验力，再施加注试验力，经过规定保载时间后卸除主试验力，在硬度计表盘上读出硬度值。

试验条件选择原则：加工试样表面必须是平面，表面粗糙度Ra=0.8um （7∆）应光滑平坦，无氧化物和外异污物；若压头为金刚石，试样或试层最小厚度应为压痕残余深度的10倍以上；两相邻压痕中心间距至少为压痕直径的4倍，但不得小于2mm ，任一压痕中心距离试样边缘距离至少应为压痕直径的2.5倍，但不得小于1mm 。

维氏硬度和显微维氏硬度：试样粗糙度要求：对小负荷维氏硬度Ra<0.2um ，对显微维氏硬度Ra<0.1um ，且表面应平坦光滑，无氧化皮及外来污物、油脂；在保证不打穿镀层的前提下尽量选择较大的载荷，压痕对角线的长度应小于试样或试验层厚度5.1/1。

3、说明各种硬度表示方法的意义。

答：布氏硬度：650 HB 10(kg)/10(mm)/15(s)，650为布氏硬度值，10(kg)为载荷大小，10(mm)为压头直径，15(s)为保载时间；

洛氏硬度：70.0 HRC ，按C 标尺读取的洛氏硬度值为70.0；

维氏硬度和显微维氏硬度：400 HV 20(g)30(s)，400为维氏硬度值，20(g)为载荷，