实验一材料的硬度测试实验

HBS 或HBW ，布氏硬度的测试原理如图

1-1所示。

在试验测量时，可由测出的压痕直径 d 直接查压痕直径与布氏硬度对照表而得到所测的

实验一材料的硬度测试实验

一、实验目的

1. 了解硬度测定的基本原理及应用范围。

2. 了解布氏、洛氏、维氏硬度试验机的主要结构及操作方法。

3. 通过数据处理和硬度标尺之间的换算， 比较各材料之间的硬度大小，

同时了解材料的 种类、热处理状态对其硬度的影响。

二、实验概述

承受的应力和所发生的变形程度不同。 因而硬度值可以综合地反应压痕附近局部体积内金属 的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量变形抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性 变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强度指标及塑 性指标）之间有一定的内在联系， 所以从某种意思上说硬度的大小对于机械零件或工具的使 用性能及寿命具有决定性意义。

常用的硬度试验方法有:

主要用于黑色、有色金属原材料检验，也可用于退火、正火钢铁零件的

硬度测定。

硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。

由于在金属表面以下不同深处材料所

布氏硬度试验: 洛氏硬度试验: 主要用于金属材料热处理后的产品硬度检验。

维氏硬度试验: 主要用于薄板或金属表层的硬度测定以及较精确的硬度测定。 显微硬度试验: 主要用于测定金属材料的显微组织组分或相组分的硬度测定。

1. 布氏硬度

布氏硬度试验是将一直径为

D 的淬火钢球或硬质合金球，在规定的试验力 F 作用下压 入被测金属表面，保持一定时间

t 后卸除试验力，并测量出试样表面的压痕直径

d 根据所

选择的试验力 F 、球体直径 D 及所测得的压痕直径 d 的数值，求出被测金属的布氏硬度值

布氏硬度的测试原理图

2

洛氏硬度的测试原理如图

布氏硬度值。在进行布氏硬度试验时，球体直径

D 、施加的试验力F 和试验力的保持时间t

都应根据被测金属的种类、硬度范围和试样的厚度范围进行选择。布氏硬度试验规范如表 1-1所示。

金属 类型

布氏硬度值范围

(HBS)

试样厚度

/mm 载荷F 与钢球直 径D 的关系

钢球直径

D/mm 载荷

F/kgf 载荷保持时 间t /s

黑色 金属

140〜450

6~ 3

F=30D 2 10

3000 10

4〜2

5 750 < 2 2.5 187.5 < 140

> 6

F =10D 2

10

1000 10

6~ 3 5 250 3 < 2.5 62.5 有色 金属

> 130

6〜3

F =30D 2

10

3000 30

4〜2

5 750 < 2 2.5 187.5 3

6 〜130

> 6

F =10D 2

10

1000 30

6~ 3 5 250 3

2.5 62.5 8〜35

> 6

F =2.5D 2

10

250 60

6〜3

5

62.5

3 2.5 15.6

也不能测定硬度高于

450HBS 或650HBW 的金属材料，否则压头(淬火钢球或硬质合金球)

会产生塑性变形或破裂，而降低测量的精度。

2. 洛氏硬度

洛氏硬度试验是以锥角为

120°的金刚石圆锥体或者直径为

1.588mm 的淬火钢球为压 头，在规定的初载荷和主载荷作用下压入被测金属的表面,

然后卸除主载荷，在保留初载荷

的情况下，测出由主载荷所引起的残余压入深度

h 值，再由h 值确定洛氏硬度值 HR 的大小。

1-2所

图1-2洛氏硬度实验原理示意图

洛氏硬度值的计算公式为:

h

HR = K -----------

0.002

式中h 的单位为mmK 为常数，当采用金刚石圆锥压头时，

K=100 ；当采用淬火钢球压头时,

K=130。为了能用同一硬度计测定从极软到极硬材料的硬度，可以通过采用不同的压头和载 荷，组成15种不同的洛氏硬度标尺，其中最常用的有

HRA 、HRB 、HRC 三种。

常用洛氏硬度的试验规范如表

1-2所示。

表1-2三种常用洛氏硬度的试验规范

符号

压头类型

载荷/ kgf

硬度值 有效范围

使用范围

HRA 120°金刚石圆锥体

60

（600N ）

70 〜85

适用于测量硬质合金、表面淬 火层或渗碳层

HRB

直径为1.588 mm 的淬火钢 球

100

（1000N ）

25 〜100

适用于测量有色金属、退火钢、 正火钢等

HRC

120°金刚石圆锥体

150

（1500N ）

20 〜67 适用于测量调质钢、淬火钢等

三、实验仪器设备及材料

1.

布氏硬度试验机（压痕测量采用 JC-10型读数显微镜或布氏硬度

测量分析软件）

2.数显洛氏硬度计

3. 维氏硬度计（该种设备由实验老师操作演示）

4.材料：①45钢或者T12钢;

②铝板或者铜板。

1 —小杠杆；2—弹簧；3 —压轴；4—主轴衬套；5 —压头；6—工作台7—工作台立柱；8 9 —升降手轮；10—螺母；11 —套筒；12—电机；13—减速器；14—压紧螺钉；15—轴柄；16 —按钮开关；17—换向开关；18—砝码；19—大杠杆；20 —吊

布氏硬度计：HB-3000型布氏硬度计的结构如图

1-3所示。

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