金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)

1、1實(shí)驗(yàn)三金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解硬度測定的基本原理及應(yīng)用范圍。2、了解布氏、洛氏硬度實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。二、概述金屬的硬度可以認(rèn)為是金屬材料表面在接觸應(yīng)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(jī)械性能（如強(qiáng)度指標(biāo)σb及塑性指標(biāo)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(jī)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(jī)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(yàn)的主要特點(diǎn)是：①實(shí)驗(yàn)時應(yīng)力狀態(tài)最軟，（即最大切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大正應(yīng)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(qiáng)度指標(biāo)之間存在如下近似關(guān)系：σb=KHB式中：σb——材料的抗拉強(qiáng)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(qiáng)度等性能也有一定的參考價(jià)值，通常硬度值高，這些性能也就好。在機(jī)械零件設(shè)計(jì)圖紙上對機(jī)械性能的技術(shù)要求，往往只標(biāo)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(yàn)。⑤設(shè)備簡單，操作迅速方便。三、布氏硬度（一）布氏硬度試驗(yàn)的基本原理布氏硬度試驗(yàn)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(yīng)力值，以此作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)，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(jìn)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(dāng)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(jìn)行比較的。按照GB23163規(guī)定，比值有30、10和2.5三種，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)和適用范圍可參考表31。2DP表31布氏硬度試驗(yàn)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(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作1、HB3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)如圖32所示。其主要部件及作用如下：（1）機(jī)體與工作臺：硬度機(jī)有鑄鐵機(jī)體，在機(jī)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(jī)構(gòu)：杠桿系統(tǒng)通過電動機(jī)可將載荷自