[工学]金属材料及热处理实验指导书.pdf

金属材料及热处理 实验指导书 周萌 祝金兰 编著 沈阳建筑大学交通与机械工程学院 机械电子工程实验教学中心 2006年2 月 实验一 金属材料的硬度试验 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，洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法。 二．概述 金属的硬度可以是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能 力。硬度测量能够给出金属软硬度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材 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，微量塑变抗力，塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度 值越高，表明金属抵塑性变形能力越大，材料产生塑性变形能力就越困难。另外， 硬度与其它机械性能（如强度指标σb及塑性指标Ψ和δ）之间有着一定的内在 联系，所以从某种意义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 有决定意义。 硬度的实验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法 又可以为布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度等。 压入法硬度实验的主要特点是： （1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大与最大正应力），因而无 论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。 （2 ）金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系： σb = K·HB 式中：σb 材料的抗拉强度值； HB 布氏硬度值； K 系数。 退火状态的碳钢 K=0.34～0.36 合金调质钢 K=0.33～0.35 有色金属合金 K=0.33～0.53 （3）硬度值对材料的耐磨性，疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度 值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只 标注硬度值，其原因就在于此。 （4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件， 因而适合于成品检验。 （5）设备简单，操作迅速方便。 三、布氏硬度（HB） （一）布氏硬度实验的基本原理 布氏硬度实验是施加一定大小的载荷P，将直径为D的钢球压入被测金属 表面（如图 1-1 所示）保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上 所压出的凹痕面积F四求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号 HB表示。 其计算公式如下：HB=P/f四 式中：HB 布氏硬度值； P 载荷（kgf）；(1kgf=9.8N) Fm 压痕面积（mm²）。 根据压痕面积和球面之比等于压痕深度h和钢球直径之比的几何关系，可 知压痕部分的球面积为： Fm=πDh 式中： D 钢球直径（mm）； H 压痕深度（mm）。 由于测量压痕直径 d 要比测定压痕深度 h 容易，故可将（1-2）式中 h 改 换成d来表示，这可根据图1-1（b）中 △Oab 的关系求出 ½D-h= h= 将式（1-2）和（1-3）代入式（1-1）即得： HB= 式中只有d是变数，故只需测出压痕直径d，根据已知d和p 值就可计算出 HB值。在实际测量时，可由测出压痕直径d直接查表得到HB值。 由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若只采用同一种载荷（如 3000kg）和铅球直径（如 10mm）时，则对硬的金属适合，而对极软的金属就不 适合，会发生整个钢球陷入金属中的现象；若对于厚的工件适合，则对于薄件会 出现压透的可能，所以在测定不同材料的布氏硬度会值时就要