文档介绍：金属硬度实验
实验目的
1 掌握金属布氏、洛氏、维氏和显微硬度的实验原理和测定方法;
2 了解各种硬度实验方法的特点、应用范围及选用原则;
3 学会正确使用各种硬度计及它们之间的换算关系。
二概述
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标,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。硬度的测量可分为压入法、刻划法、回跳法和摆动法。在机械工业中广泛采用压入法来测量硬度,本实验就是采用压入法,与其它机械性能相比,硬度实验简单易行,又无损于零件,因此在工业中被广泛应用。
表1金属硬度实验方法国家标准及使用范围
标准编号
标准名称
使用范围
GB231-84
金属布氏硬度试验方法
用于黑色、有色金属的原材料检验,
也可用于退火、正火钢铁试件的硬度测试
GB230-83
金属洛氏硬度试验方法
主要用于热处理后金属材料的性能检测
GB4340-84
金属维氏硬度试验方法
用于薄板材或金属表层的硬度测定,以及较精确的硬度测定
GB4342-84
金属显微维氏硬度试验方法
主要用于测定金属的组织组成物或组成相的硬度
由于各种硬度实验方法和所根据的原理各有不同,各组成物理量在不同的方法中的作用也不一样,所以不同方法所得的硬度间没有简单准确的互换关系。而现存的换算表是根据同类材料在相同状态下和一定硬度范围内进行比较实验的数据,经过分析比较,而归纳出来的经验关系,有其一定的实用价值。
(一) 金属布氏硬度试验方法
1、基本原理
布氏硬度试验的原理是用一定直径D(mm)的淬火钢球或硬质合金球,以规定的实验力P(Kgf或N)压入试样表面,经规定时间t秒后卸出试验力,试样表面将残留压痕。测量压痕平均直径d(mm)求得压痕球形表面积F凹(mm2)
HB=P/F凹(1)
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:
F凹=πDh
式中:D—钢球直径(mm)
h—压痕深度(mm)
由于测量压痕直径d要比测定压痕深度容易顾客将(2)式中h改换成d来表示
(3)
将式(2)和(3)代入(1)即得:
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HB值。由于金属材料有软有硬,所测工件有厚有薄,所以在测定不同材料的布氏硬度值时就要求有不同载荷P和钢球直径D。为了得到统一的、可以相互进行比较得数值,必须使P和D之间维持某一比值关系,以保证所得的压痕形状的几何相似关系,其必要条件就是使压入角φ保持不变。
两个不同直径的压头D1和D2,在不同的载荷P1和P2的作用下压入金属表面的情况。要想两者的硬度值一样,必须保证两者压痕的几何形状相似,也就是保证压入角Ф相等。
将
代入
此式说明,假如压入角Ф不变时,为了使同一材料两者所得HB也不变,则要求P/D也应保持为常数。