金屬材料的硬度實驗

1、1實驗三金屬材料的硬度實驗一、實驗目的1、了解硬度測定的基本原理及應用范圍。2、了解布氏、洛氏硬度實驗機的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。二、概述金屬的硬度可以認為是金屬材料表面在接觸應力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形的能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。另外硬度與其他機械性能（如強度指標σb及塑性指標ψ和δ）之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系。所以從某種意義上說硬度的大小對于機械零件

2、或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。測量硬度的方法很多，在機械工業(yè)中廣泛采用壓入法來測定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。壓入法硬度試驗的主要特點是：①實驗時應力狀態(tài)最軟，（即最大切應力遠遠大于最大正應力）因而不論是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。②金屬的硬度與強度指標之間存在如下近似關(guān)系：σb=KHB式中：σb——材料的抗拉強度值；HB——布氏硬度值K——系數(shù)退火狀態(tài)的碳鋼K＝0.34~0.36合金調(diào)質(zhì)鋼K＝0

3、.33~0.35有色金屬合金K＝0.33~0.53③硬度值對材料的耐磨性、疲勞強度等性能也有一定的參考價值，通常硬度值高，這些性能也就好。在機械零件設(shè)計圖紙上對機械性能的技術(shù)要求，往往只標注硬度值，其原因就在于此。④硬度測量后由于僅在金屬表面局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗。⑤設(shè)備簡單，操作迅速方便。三、布氏硬度（一）布氏硬度試驗的基本原理布氏硬度試驗是施加一定大小的載荷P，將直徑為D的鋼球壓入被測金屬表面（如圖

4、31所示）保持一定時間，然后卸除載荷，根據(jù)鋼球在金屬表面上所壓出的凹痕面積F凹求出平均應力值，以此作為硬度值的計量指標，并用符號HB表示。3定不同材料的布氏硬度值時就要求有不同的載荷P和鋼球直徑D。為了得到統(tǒng)一的、可以相互進行比較的數(shù)值，必須使P和D之間維持某一比值關(guān)系，以保證所得到的壓痕形狀的幾何相似關(guān)系，其必要條件就是壓入角保持不變。?根據(jù)相似原理由圖31（b）中可知d和的關(guān)系是：?(35)2sin22sin2??DddD??或以此

5、代入式（34）得：(36)???????????)sin11(2222??DPHB式（36）說明，當值為常數(shù)時，為使HB值相同，也就保持為一定值。因此?2DP對同一材料而言，不論采用何種大小的載荷和鋼球直徑，只要能滿足=常數(shù)，所得的2DPHB值是一樣的。對不同材料來說，所得的HB值也是可以進行比較的。按照GB23163規(guī)定，比值有30、10和2.5三種，具體試驗數(shù)據(jù)和適用范圍可參考表31。2DP表31布氏硬度試驗規(guī)范材料硬度范圍（HB）

6、試樣厚度(mm)PD2鋼球直徑D(mm)載荷P(kgf)載荷保持時間(s)黑色金屬140450140634266366366332.51052.525062.515.660（二）布氏硬度試驗機的結(jié)構(gòu)和操作1、HB3000型布氏硬度試驗機的外形結(jié)構(gòu)如圖32所示。其主要部件及作用如下：（1）機體與工作臺：硬度機有鑄鐵機體，在機體前臺面上安裝了絲杠座，其中裝有絲杠，絲杠上裝立柱和工作臺，可上下移動。（2）杠桿機構(gòu)：杠桿系統(tǒng)通過電動機可將載荷自