材料力学性能指导书金属材料工程

材料力学性能指导书(金属材料工程)

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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 13h 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 各种洛氏标尺及实验条件

金刚石 120°圆锥

钢球1/16″

钢球1/8″

钢球1/4″ 钢球1/2″

160 A F H L R 100 D B E M S 150

C

G

K

P

V

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。

压

头

标

尺

符

号 总 负 荷 （ 公 斤

力 ）

表1-2 三种洛氏硬度标尺的试验条件和应用洛氏

硬度值测量范围HR 标

尺

压头形

状

预负

荷

（公

斤

力）

主负

荷

（公

斤

力）

总负

荷

（公

斤

力）

符号

大致相

当的维

氏硬度

值

表盘

上刻

度的

颜色

应用

20-67 C 金刚石

120°圆

锥

10 140 150 HRC 240-900 黑

碳钢、工具

钢及合金

钢等淬火

和回火后

的硬度

25-100 B 1/16″钢

球

10 90 100 HRB 60-240 红

有色金属

及合金退

火锅等低

硬度零件

的硬度

70-85 A 金刚石

120°圆

锥

10 50 60 HRA 390-900 黑

碳化物、硬

质合金及

表面硬化

零件等

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；