机械工程材料实验指导书-江洁实验一硬度试验

机械工程材料

实

验

指

导

书

红河学院机械系

实验一硬度实验

【实验目的】

1．进一步加深对硬度概念的理解。

2．了解布氏、洛氏硬度计的构造和作用原理。

3．熟悉布氏硬度、洛氏硬度的测定方法和操作步骤。

【实验设备及材料】

布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样(钢、铸铁或有色金属)一组。

【实验原理】

硬度计的原理是：将一定直径球体压入试样表面，保持一定的时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，用试验力压出一压痕表面面积计算硬度。

1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的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) ，布氏硬度计适用于铸铁等晶粒粗大的金属材料的测定。

2.洛氏硬度（HR）当HB大于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。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、

3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的硬度标尺HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg 载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

一、布氏硬度实验

【布氏硬度计】

THBS-3000DA采用电子自动加荷，计算机软件编程，高倍率光学测量，采用自动数字式编码器直接测量，测试结果LCD显示。

图1 THBS-3000DA型布氏硬度试验机

【试样的技术条件】

1．试样的试验面，应制成光滑平面，不应有氧化皮及污物。试验面应能保证压痕直径能精确测量，试样表面粗糙度Ra值一般不应大于0.8μm。

2．在试样制备过程中，应尽量避免由于受热及冷加工对试样表面硬度的影响。

3．布氏硬度试样厚度至少应为压痕深度的l0倍。

【实验操作步骤】

1．将压头装在轴孔内，旋转压头紧定螺钉，先暂时将压头轻压在轴心扁平处。

2．将试样和工作台的台面揩擦干净，将试样稳固地放在工作台上，然后转动旋轮缓慢上升工作台，并使压头与试样接触，旋紧固定螺钉，转动旋轮，使压头与试块脱离，压头安装完成。

3．打开电源，显示初始界面，按照表1选择钢球直径，0.102F/D2和试验力，保荷时间设为15秒。

4．准备就绪后施加载荷将钢球压入试样。当试验力接近自动加荷值时，仪器发出“嘟”声，此时停止旋动旋轮，同时仪器进入自动加荷状态，显示屏右边显示向下的箭头表示正在加载，运行达到所选力值时，试验力保持时间开始，箭头变成横线同时保荷时间开始倒计时，待保荷时间结束进入卸荷状态，显示屏显示向上箭头，自动卸荷，卸荷结束，显示屏上箭头消失，杠杆回到起始位置。一次试验结束。

5．转动转盘将光源的位置处于正前方，缓慢转动旋轮，同时从目镜中观察压痕的成像。

6、把物镜转到中央。旋转眼罩，直至目镜内的两条细线都非常清晰。

7、观察目镜内的像质。用手轮进行对焦，直至压痕的像非常清晰。

8、测微目镜归零：旋转测量旋轮，使左、右两侧细线无限接近，中间仅留一条极微细微弱的光线，按使D1、D2值置零。然后旋转测量旋轮把右侧细线右移，将两条细线分开。

9、测量：向左移动测微目镜的细线定位鼓轮，使左边的线刚好卡在压痕直径左端并与之垂直相切，此操作使两根线一起移动。旋转测量旋轮，使右边细线刚好卡住压痕直径右端。按一下测量目镜上的输入键，LCD屏幕显示D1的值，并自动转到D2 ，要求输入D2值。将测微目镜旋转90度，观察目镜内的像，此时细线应与压痕另一条直径垂直。旋转细线定位旋轮，使之刚好卡住压痕的上端与压痕相切，此操作同时移动两根线。旋转测量旋轮，使下部细线刚好卡住压痕的下端与压痕相切。按一下测微目镜上的输入键输入D2的值，系统自动进行硬度计算，此时硬度值一栏显示测试结果。

10、按键进行硬度测试结果的打印。

表一

硬度符号钢球直径0.102F/D2试验力F

HBW10/3000 10 30 29400（3000）

HBW10/1500 10 15 14700（1500）

HBW10/1000 10 10 9800（1000）

HBW10/500 10 5 4900（500）

HBW10/250 10 2.5 2450（250）

HBW10/100 10 1 980（100）

HBW5/750 5 30 7350（750）

HBW5/125 5 5 1225（125）

HBW2.5/187.5 2.5 30 1839(187.5)

HBW2.5/62.5 2.5 10 613(62.5)

【实验注意事项】

1．试样压痕平均直径d应在0.25D～0.6D之间，否则无效，应换用其他载荷做实验。

2．压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕平均直径的2.5倍，两相邻压痕中心距离不应小于压痕平均直径的4倍，布氏硬度小于35时，上述距离应分别为压痕平均直径的3倍和6倍。

二、洛氏硬度实验

【洛氏硬度计】

THRS-150D数显洛氏硬度计采用单片机控制技术，数码管显示，内置打印机，试验力的施加、卸除、硬度值直接显示自动化运行。

图2 THRS-150D型洛氏硬度试验机

【实验操作步骤】

表一：洛氏硬度标尺、压头、试验力及应用范围表

标尺压头试验力应用

A 金刚石压头588.4N(60kgf) 表面淬火钢. 硬质合金

钢.薄钢板.铜

D 金刚石压头980.7N(100kgf) 表面淬火刚. 硬质合金

钢.薄钢板.铜

C 金刚石压头1471N(150kgf) 表面淬火刚. 硬质合金

钢.薄钢板.铜

F 硬质合金球头1/16" 588.4N(60kgf) 退火钢轴承. 冷拉铝合

金.黄铜. 铍青铜. 磷青

铜

B 硬质合金球头1/16" 980.7N(100kgf) 退火钢. 轴承. 冷拉铝合

金.黄铜. 铍青铜. 磷青

铜

G 硬质合金球头1/16" 1471N(150kgf) 退火钢. 轴承. 冷拉铝合

金.黄铜. 铍青铜. 磷青

铜

H 硬质合金球头1/8" 588.4N(60kgf) 轴承金属. 研磨石料