金属材料硬度测试实验.doc

实 验 报 告 课程名称： 材料性能研究技术 成绩： 实验名称： 金属材料硬度测试实验 批阅人： 实验时间： 实验地点：x5406 报告完成时间：2 姓 名： 学号： 班级： 同组实验者： 指导教师： 一、实验目的 1.了解不同类型硬度测试的基本原理。 2.了解不同类型硬度测试设备的特点及应用范围。 3.掌握各类硬度计的操作方法。 二、实验原理 金属的硬度可以认为是金属材料表面在压应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测试能够给出金属材料软硬度的定量概念，即：硬度示值是表示材料软硬程度的数量指标。由于在金属表面以下不同深度处材料所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映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量应变抗力、应变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。硬度的大小对于机械零件或工具的使用寿命具有重要的影响。 硬度测试方法有很多，大体可以分为弹性回跳法（如肖氏硬度）、压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）和划痕法（如莫氏硬度）等三类。 硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能，其物理意义随着试验方法的不同而表示不同的意义。其中弹性回跳法主要表征金属弹性变形功的能力；压入法主要表征金属塑性变形抗力及应变硬化能力；而划痕法主要表征金属切断能力。 下面介绍三种最常用的硬度测试方法： 1、布氏硬度 （1）布氏硬度试验原理 用一定直径D（mm）的硬质合金球作为压头，用一定的试验力F（N），将其压入试样表面，经过规定的保持时间t（s）之后卸载试验力，观察试样表面，会发现有残留压痕（如图1）。测残留压痕的平均直径d（mm），然后求出压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度值（HBW）就是试验力F除以压痕表面积A所得的商，F以N作为单位时，其计算公式为 注：布氏硬度值不标出单位 布氏硬度试验用的压头球直径有10mm、5mm、2.5mm和1mm四种，主要根据试验厚度选择，选择要求是使压痕深度h小于试样厚度的1/8 。当试样厚度足够时，应尽量选用10mm的压头球。 （2）布氏硬度的特点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头球，所以它所得的压痕面积会比较大。 压痕面积大的一个优点就是它的硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不会受到个别的组成相和微小相的影响，所以说，布氏硬度试验主要用于测定灰口铸铁，轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度；压痕较大的另外一个优点就是实验的数据稳定，重复性强。 但是压痕面积较大的缺点就是不能再成品上进行试验，布氏硬度的另外一个缺点就是对于不同的材料需要更换不同直径的压头球并且需要改变试验力，压痕直径的测量也会比较麻烦，所以一般不用于自动检测。 （3）布氏硬度的表示方法 布氏硬度值与试验规范有关，所以它的表示方法能反映规范的内容，布氏硬度的表示方法有：①硬度值；②符号HBW；③球直径；④试验力；⑤试验力保持时间（10s-15s不标注）。后3项之间各用斜线隔开。如600HBW1/30/20 表示用直径1mm的硬质合金球在294.2N试验力下保持20s测得的不是硬度值为600。 需要注意的是：在布氏硬度表示方法中，试验力的单位是千克力（kgf），2者的换算关系是1kgf=9.80665N。 2、洛氏硬度 （1）洛氏硬度试验原理 洛氏硬度是通过测量压痕深度来表示材料的硬度值。洛氏硬度试验所用到的压头有两种：一种是一定直径的小淬火钢球或硬质合金球；另外一种就是圆锥角α=120°的金刚石圆锥体。 试验时，先加初试验力，在试样表面得到一压痕，深度为。此时，此时，测量压痕深度的指针在表盘上指零。然后加上住试验力，压头压入深度为。表盘上指针以逆时针方向转动到相应的刻度位置。试样在作用下产生的总变形中包括弹性变形与塑性变形。当卸除后，总变形中的弹性变形恢复，压头回升一段距离 。这时试样表面残留的塑性变形深度即为压痕深度，而指针顺时针方向转动停止时所指的数值就是洛氏硬度值。 规定每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位。于是洛氏硬度值（HR）的计算公式： 式中，当使用金刚石圆锥压头时，k=0. 2mm：当使用淬火钢球或硬质合金压头时，k=0.26 mm。 （2）洛氏硬度的特点 洛氏硬度试验的优点是：压痕较小，可在工件上进行试验；操作简便，迅速，硬度值可以直接读出；采用不同的标尺可以测定各种软硬不同的金属盒厚薄不一的试样的硬度