文档介绍：实验五硬度实验

1.  了解硬度测定的基本原理及应用范围。
2.  了解布氏硬度实验机的主要结构及操作方法。

硬度是指材料对另一较硬物体压入表面的抗力,是重要的机械性能之一。它是给初级金属材料软硬程度的数量概念,硬度值越高,表明金属抵抗塑性变形能力越大,材料产生塑性变形就越困难,硬度实验方法简单,操作方便,出结果快,又无损于零件,因此被广泛应用。测定金属硬度的方法很多,有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
1.  布氏硬度(HB)
(1)布氏硬度实验的基本原理
布氏硬度实验是以一定直径的钢球施加一定负荷P,压入被测金属表面(如图1所
示)保持一定时间,然后卸荷,根据金属表面的压痕面积F求应力值,以此作为硬度值的计量指标,以HB表示,则
(5-1)
式中:P—负荷(kgf);
D—钢球直径(mm)
h—压痕深度(mm)
图5-1 布氏硬度实验原理图
由于测量压痕d要比测量压痕深度h容易,将h用d代换,这可由图5-1(b)中的△Oab关系求出:

(5-2)
将式(5-2)代入式(5-1)即得:
(5-3)
式(5-3)中,只有d是变数,所以只要测量出压痕直径,就可根据已知的D和P值计算出HB值。在实际测量时,可根据HB、D、P、d的值所列成的表,若D、P已选定,则只需用读数测微尺(将实际压痕直径d放大10倍的测微尺)测量压痕直径d,就可直接查表求得HB值。
由于金属材料有硬有软,所测工件有厚有薄,若采用同一种负荷(如3000kgf)和钢球直径(如10mm)时,则对硬的金属适合,而对软的金属就不合适,会使整个钢球陷入金属中;若对厚的工件适合,而对薄的金属则可能压透,所以规定测量不同材料的布氏硬度值时,要有不同的负荷和钢球直径,为了保持统一的,可以相互进行比较的数值,必须使P和D之间保持某一比值关系,以保证所得到的压痕形状的几何相似关系,其必要条件就是使压入角保持不便。
由图5-1(b)可知:
(5-4)
将式(5-4)代入式(5-3)得:
(5-5)
式(5-5)说明,当φ值为常数时,为使HB值相同,P/D2也应保持为一定值,因此对同一材料而言,不论采用何种大小的负荷和钢球直径,只要满足P/D2=常数,所得的HB值都是一样的。对不同材料,所测得的HB值也可进行比较。P/D2比值有30、10、2 .5三种,其试验数据和应用范围可参考表5-1。
表5-1 各种负荷、压头及应用范围
材料种类
布氏硬度
范围
试样厚度
(mm)
负荷P与钢球直径D之间的关系
钢球直径D(mm)
负荷P(kgf)
负荷持续时间(秒)
钢铁
(黑色金属)
140-450
>6
6-3
<3
P=30D2
10
5

3000
750

10
同上
<140
>6
6-3
<3
P=10D2
10
5

1000
250

10
有色金属及合金(铜、青铜、黄铜、镁合金)
-130
>6
6-3
<3
P=10D2
10
5

1000
250

30
同上
8-35
>6
6-3
<3
P=
10
5

250