实验二硬度试验 实验目的 1、正确掌握三种测硬度（布氏、洛氏、维氏）的测试原理，主要规范及测试方法， 要求能正确地测定各种材料的硬度值。 2、培养正确选择硬度试验法的能力。 3、熟悉几种硬度计的操作规程，并一般了解其主要结构、特点及其工作原理。 二 实验内容 1、参考三种硬度试验法的特点对所给试验材料正确地选择一种或两种适当的硬 度试验方法 2、对每种试验材料根据所给定的硬度试验法，正确选择试验规范并分别测定其 硬度值 3、分析和讨论试验结果 三. 基本概念及测试原理 1、布氏硬度试验法(GB231-84) 布氏硬度的测试原理如图2-1所示，采用一定直径D的淬硬钢球或硬质合金 球，在规定负荷P的作用下压入被测金属表面，经规定保荷时间后卸除负荷，在 被测金属表面留下一球冠状压痕，测量试样表面压痕的直径即能算出压痕面积 F,然后以压痕单位面积上所承受的负荷表示金属的布氏硬度值，其符号用HB 表示，（压头为钢球时用HBS表示，压头为硬质合金球时用HBW表示）。（注： 布氏硬度超过350时，钢球和硬质合金球得到的试验结果明显不同)其值可用下 述公式计算： HB P kg/mm2） πDD-√D2-d2 式中：P一一施加的负荷(kgf); F一一压痕表面积(mm): D一一压头球体直径(mm): 甲
81 实验二 硬度试验 一. 实验目的 1、 正确掌握三种测硬度(布氏、洛氏、维氏)的测试原理，主要规范及测试方法， 要求能正确地测定各种材料的硬度值。 2、培养正确选择硬度试验法的能力。 3、熟悉几种硬度计的操作规程，并一般了解其主要结构、特点及其工作原理。 二. 实验内容 1、参考三种硬度试验法的特点对所给试验材料正确地选择一种或两种适当的硬 度试验方法 2、对每种试验材料根据所给定的硬度试验法，正确选择试验规范并分别测定其 硬度值 3、分析和讨论试验结果 三. 基本概念及测试原理 1、布氏硬度试验法(GB231-84) 布氏硬度的测试原理如图2-1所示，采用一定直径D的淬硬钢球或硬质合金 球，在规定负荷P的作用下压入被测金属表面，经规定保荷时间后卸除负荷，在 被测金属表面留下一球冠状压痕，测量试样表面压痕的直径d即能算出压痕面积 F，然后以压痕单位面积上所承受的负荷表示金属的布氏硬度值，其符号用HB 表示，(压头为钢球时用HBS表示，压头为硬质合金球时用HBW表示)。（注： 布氏硬度超过350时，钢球和硬质合金球得到的试验结果明显不同）其值可用下 述公式计算： 2 2 2 kgf / mm D D D d P F P HB 式中：P——施加的负荷(kgf)； F——压痕表面积(mm2)； D——压头球体直径(mm)；
h一一压痕深度(mm): d一一试样表面压痕直径(mm)。 0 压头 2 试样 b d/2 图2-1布氏硬度试验原理示意图 因此，只要测出试样表面的压痕直径，就可利用(2-)式计算或查表面得到 HB值。当采用这种试验方法时，实验证明被测试材料的布氏硬度值与所加负荷 之间存在图(2-2)所示的关系。为了使硬度值与所选择的负荷无关，该负荷下所 产生的试样表面压痕直径d满足下条件： 0.24D<d<0.6D 由于被测金属软硬不同，试件厚薄及大小不同，所产生的压痕又必须满足 0.24D<d<0.6D,若采用一种负荷P和一种直径D的球体压头，是不能满足试验 要求的，因此往往要求能使用不同大小的负荷P和球体直径D进行试验。这时， 对同一种材料能否得到同一的布氏硬度值，对于不同材料所得之结果能否相互进 行比较，关键在于压痕的几何形状是否相似，这就是布氏硬度试验中的相似原理， 下面简单作一介绍。 由图2-1可知d=sin2D 代入式(2-1)得： HB=2 D D2 (2-2) -sin2 82
82 h——压痕深度(mm)； d——试样表面压痕直径(mm)。 图2-1 布氏硬度试验原理示意图 因此，只要测出试样表面的压痕直径，就可利用(2-1)式计算或查表面得到 HB值。当采用这种试验方法时，实验证明被测试材料的布氏硬度值与所加负荷 之间存在图(2-2)所示的关系。为了使硬度值与所选择的负荷无关，该负荷下所 产生的试样表面压痕直径d满足下条件： 0.24D d 0.6D 由于被测金属软硬不同，试件厚薄及大小不同，所产生的压痕又必须满足 0.24D d 0.6D ，若采用一种负荷P和一种直径D的球体压头，是不能满足试验 要求的，因此往往要求能使用不同大小的负荷P和球体直径D进行试验。这时， 对同一种材料能否得到同一的布氏硬度值，对于不同材料所得之结果能否相互进 行比较，关键在于压痕的几何形状是否相似，这就是布氏硬度试验中的相似原理， 下面简单作一介绍。 由图2-1可知d D 2 sin 代入式(2-1)得： 2 1 1 sin 2 2 2 P D HB (2-2) 试样 压头 P O b φ/2 a h d/2
HB 500 400 300 200 100 一P 1000 2000 图2-2布氏硬度HB与负荷P的关系 D2 P2 图2-3压痕相似原理示意图 图2-3表示两个不同直径的球体D1和D2,在不同负荷P1和P2的作用下压 入金属表面的情况，此时同理可得： 83
83 100 300 400 200 500 HB 1000 2000 P 图2-2 布氏硬度HB与负荷P的关系 图 2-3 压痕相似原理示意图 图 2-3 表示两个不同直径的球体 D1 和 D2，在不同负荷 P1和 P2 的作用下压 入金属表面的情况,此时同理可得： d2 φ d D1 D2 P2
2 HB= D: π(1-1 1-sin2 2) 2 2 HB2 = (2-3) πl--sin22) 若在P1、D1和P2、D2下所得的压痕几何形状相似，即p1=p2,那么对于同一 种材料，若想使所得之硬度值相等，则要求P/D2=B/D,=K(K为常数)， 这时： B,=B,= 2 D (-sin).-sin) (2-4) 这就是由压痕几何相似原理导出的P和D的选配原则，只要负荷P与球体直径 D的平方之比保持一常数K,同时压痕又是几何相似的，则对于同一种材料测得 的硬度值是相等的，对于不同材料所测得的硬度值是可以比较的。国标GB231-84 规定布氏硬度试验时P/D的比值为30、10、5、2.5、1.25五种，当有关标准中 有明确规定时还可使用P/D2=15和1。 根据金属材料的种类和试样硬度范围不同，国标规定按表2-1所示选择 P/D值。 除上述规定外，布氏硬度试验时，必须保证所施加之负荷与试件的试验平面 垂互。试验连程中加荷应平稳均匀，不得有冲击和振动。试样表面应制成光滑平 面，表面无氧化皮和其它外来污物。制备试样时。不应使试样表面因受热或加工 硬化影响其硬度。试样厚度应不小于压痕深度的10倍。（见表2-2）试验力的施加 时间为2~8秒，黑色金属的试验力保持时间为10~15秒；有色金属为30士2秒： 布氏硬变小于HB35时为60±2秒。压痕中心距试样边缘距离应不小于压痕直径的 2.5倍，两相邻压痕中心的距离应不小于压痕直径的2.5倍，两相邻压痕中心的距 离应不小于压痕直径的4倍，试验硬度小于35时。上述距离应分别为压痕直径的 3倍和6倍
84 ) 2 2 (1 1 sin 2 2 1 2 1 1 1 D P HB ) 2 2 (1 1 sin 2 2 1 2 2 2 2 D P HB (2-3) 若在 P1、D1和 P2、D2下所得的压痕几何形状相似，即φ1=φ2,那么对于同一 种材料，若想使所得之硬度值相等，则要求 P D P D K 2 2 2 2 1 1 / / （K 为常数）， 这时： ) 2 (1 1 sin 2 ) 2 (1 1 sin 2 2 1 2 2 2 2 1 2 1 1 1 2 D P D P HB HB (2-4) 这就是由压痕几何相似原理导出的P和D的选配原则，只要负荷P与球体直径 D的平方之比保持一常数K，同时压痕又是几何相似的，则对于同一种材料测得 的硬度值是相等的，对于不同材料所测得的硬度值是可以比较的。国标GB231-84 规定布氏硬度试验时P／D2的比值为30、10、5、2.5、1.25五种，当有关标准中 有明确规定时还可使用P／D2=15和1。 根据金属材料的种类和试样硬度范围不同，国标规定按表2-1所示选择 P／D2值。 除上述规定外，布氏硬度试验时，必须保证所施加之负荷与试件的试验平面 垂互。试验连程中加荷应平稳均匀，不得有冲击和振动。试样表面应制成光滑平 面，表面无氧化皮和其它外来污物。制备试样时。不应使试样表面因受热或加工 硬化影响其硬度。试样厚度应不小于压痕深度的10倍。(见表2-2)试验力的施加 时间为2～8秒，黑色金属的试验力保持时间为10～15秒；有色金属为30±2秒； 布氏硬变小于HB35时为60±2秒。压痕中心距试样边缘距离应不小于压痕直径的 2.5倍，两相邻压痕中心的距离应不小于压痕直径的2.5倍，两相邻压痕中心的距 离应不小于压痕直径的4倍，试验硬度小于35时。上述距离应分别为压痕直径的 3倍和6倍
表2-1 材料 布氏硬度 P/D2 <140 10 钢及铸铁 >140 30 <35 5 钢及其合金 35~130 10 >130 30 <35 2.5(1.25) 轻金属及其合金 35~80 10(5或15) >80 10(15) 铅、锡 1.25 注：①当实验条件允许时，应尽量选用10mm球： ②当有关标准中设有明确规定时，应使用括号内的P/D值。 压痕直径应从两个垂直方向测量，并取其算术平均值。压痕两直径之差应不 超过较小直径的2%。用直径为10毫米的球体进行试验时，压痕直径的测量应精 确到0.02mm,用2.5毫米球体时则应达到0.01毫米。 布氏硬度的优点是： (1)压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相的平均性能。而不受个 别组织相及微小不均匀性的影响，因此特别适宜测定灰铸铁、有色合金和具有粗 大晶粒的金属材料。 (2)试验数据稳定，重复性强。 (3)由实验测定已求得了一些HB与抗拉强度σb之间的经验公式，从而通过 布氏硬度试验可近似推算材料的抗拉强度。 布氏硬度的缺点： (1)由于压头是淬火钢球或硬质合金球，爱力太大往往会引起压头本身变形， 所以不能测试太硬的材料，压头为淬火钢球时，最多测至HB450,硬质合金球压 头最多测至HB650: (2)由于压痕大，对某些表面不允许有较大伤痕的成品工件不宜采用： (3)每次测试均需精确测定压痕直径d，因此与其它硬度测试方法相比，操 85
85 表2-1 材料 布氏硬度 P／D2 钢及铸铁 <140 >140 10 30 钢及其合金 <35 35～130 >130 5 10 30 轻金属及其合金 <35 35～80 >80 2.5(1.25) 10(5 或 15) 10(15) 铅、锡 1.25 注：○1 当实验条件允许时，应尽量选用10mm球； ②当有关标准中设有明确规定时，应使用括号内的P／D2值。 压痕直径应从两个垂直方向测量，并取其算术平均值。压痕两直径之差应不 超过较小直径的2％。用直径为10毫米的球体进行试验时，压痕直径的测量应精 确到0.02mm,用2.5毫米球体时则应达到O.01毫米。 布氏硬度的优点是： (1）压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相的平均性能。而不受个 别组织相及微小不均匀性的影响，因此特别适宜测定灰铸铁、有色合金和具有粗 大晶粒的金属材料。 (2）试验数据稳定，重复性强。 (3）由实验测定已求得了一些HB与抗拉强度σb之间的经验公式，从而通过 布氏硬度试验可近似推算材料的抗拉强度。 布氏硬度的缺点： (1）由于压头是淬火钢球或硬质合金球，爱力太大往往会引起压头本身变形， 所以不能测试太硬的材料，压头为淬火钢球时，最多测至HB450，硬质合金球压 头最多测至HB650； (2)由于压痕大，对某些表面不允许有较大伤痕的成品工件不宜采用； (3)每次测试均需精确测定压痕直径d ，因此与其它硬度测试方法相比，操