洛氏硬度实验

实验三 布氏、洛氏硬度实验  　　硬度实验是测量金属材料表面局部受到压入载荷作用时，产生局部塑性变形抗力指标。硬度试验简便易行，基本无损零件，因此，作为金属材料性能检测的主要手段，在生产和科研中得到十分广泛应用。 一、硬度试验法 　　1、实验目的 　　了解布氏、洛氏硬度试验原理和应用范围 　　掌握布氏、洛氏硬度试验计的基本构造和操作方法 　2、实验原理 　　⑴布氏硬度数值通过布氏硬度试验测定。布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入被测材料或零件表面，经规定保持时间后卸除试验力，通过测量表面压痕直径来计算硬度的一种压痕硬度试验方法。 　　布氏硬度值是试验力除以压痕球形表面积所得的商。使用淬火钢球压头时用符号HBS，使用硬质合金球压头时用符号HBW，计算公式如下： 　　HBS（HBW）=0.102　 　　式中：F—试验力（N）； 　　D—球体直径（mm）； 　　d—压痕平均直径（mm）。 　　由上式可以看出，当F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径d的大小有关。所以在测定布氏硬度时，只要先测得压痕直径d，即可根据d值查有关表格得出HB值，并不需要进行上述计算。 　　国家GB231-1984规定，在进行布氏硬度试验时，首先应选择压头材料，布氏硬度值在450以下（如灰铸铁、有色金属及经退火、正火和调质处理的钢材等）时，应选用钢球作压头；当材料的布氏硬度值在450~650时，则应选用硬质合金球作压头。其次是根据被测材料种类和试样厚度，按照表1—1所示的布氏硬度试验正确地选择压头直径D、试验力F和保持时间t。 　　布氏硬度习惯上只写出硬度值而不必注明单位，其标注方法是，符号HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件：球体直径、试验力，试验力保持时间（10~15s不标注）例如： 　　120HBS10/1000/30，表示直径10mm钢球在9.80KN（1000kgf）的试验力作用下，保持30s测得的布氏硬度值为120。 　　500HBW5/750，表示用直径5mm的硬质合金球在7.35KN（750kgf）试验力作用下，保持10~15s测得的布氏硬度值为500。 　　布氏硬度值的测量误差小，数据稳定，重复性强，常用于测量退火、正火、调质处理后的零件以及灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等毛坯或半成品零件的硬度。但因测量费时，压痕较大，不适宜测量成品零件或薄件。 　　 表1—1布氏硬度试验规范（摘自GB231-1984） 材料 种类 布氏硬度使用范围（HBS） 球直径D/mm 0.102F/D2 试验力F/N 试验力保持时间s 注 钢 铸铁 ≥140 10 5 2.5 30 29420 7355 1839 10 压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕平均直径的2.5倍。 两相邻压痕中心距离不应小于压痕平均直径的4倍 试样厚度至少应为压痕深度的10倍。试验后，试样支撑面应无可见变形痕迹 ＜140 10 5 2.5 10 9807 2452 613 10~15 非铁金属材料 ≥130 10 5 2.5 30 29420 7355 1839 30 35~130 10 5 2.5 10 9807 2452 613 30 ＜35 10 5 2.5 2.5 2452 613 153 60   　　⑵洛氏硬度 　　洛氏硬度试验原理与方法 　　洛氏硬度试验是在初始试验力F0及总试验力F1的先后作用下，将压头（金刚石圆锥或钢球）压入被测材料或零件表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量计算硬度值的一种压痕硬度试验方法。实际测定时，试件的洛氏硬度值由硬度计的表盘上直接读出，材料越硬，则表盘上示值越大。 　　为了便于用洛氏硬度计测定从软到硬较大范围的材料硬度，根据被测试对象的不同，国家标准GB/T230-1991规定可采用不同类型压头、试验力及硬度公式，组合成为不同的洛氏硬度标尺。现将常用的三种洛氏硬度标尺的硬度符号、试验规范列于表1—2，以供参考。 　　 表1—2 常用洛氏硬度试验规范（摘自GB/T 230-1991） 洛氏硬度标尺 硬度 符号 测量 范围 初试验力F0/N 主试验力F1/N 总试验力F/N 压头类型 应用举例 A HRA 20~88 98.07 490.3 588.4 金刚石 圆锥 硬质合金 表面淬火层 渗碳层等 B HRB 20~100 98.07 882.6 980.7 1.5875mm 钢球 有色金属 退火钢 正火钢 C HRC 20~70 98.07 1373 1471 金刚石 圆锥 调质钢 淬火钢等 　　以上三种常用洛氏硬度中，以HRC应用最多，一般经过淬火处理的零件和工具都用他测试硬度。根据GB/T 230-1991规定，洛氏硬度的标注方法为，硬度数值在前，硬度符号在后。因洛氏硬度是无名数，所以硬度符号之后一律不标单位。如50HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为50。必须注意的是，硬度值应在有效测量范围内（例如HRC为20~70）方为有效。HRC与HB的数值关系（当HBS＞220时）约为1﹕10。 表面洛氏硬度 　　由于洛氏硬度试验所用载荷较大，不宜测定极薄零件和表面硬化层（如渗氮及金属镀层）的硬度。因此，根据洛氏硬度的试验原理，发展了表面洛氏硬度试验。表面洛氏硬度试验是初始试验力为29N，总实验力为147（15），249（30）或441（45）N的洛氏硬度试验。 　　表面洛氏硬度用符号HR表示，HR前面为硬度数值，HR后面为使用的标尺。例如70HR30N表示用30N标尺（总试验力为249N）测定的表面洛氏硬度值为70。 　　表面洛氏硬度的试验条件及适用范围等见GB/T1818-1994《金属表面洛氏硬度试验方法》。 洛氏硬度试验的特点及应用 　　洛氏硬度测定简单，方便快捷，可直接从表盘上读出硬度数值，压痕小，多用来测较硬 　　材料的硬度或成品零件硬度；测试范围大，能测较薄零件的硬度。但由于压痕小，测定结果波动较大，稳定性较差，故需测试三点，取其算术平均值，一般不适宜测试组织不均匀的材料。 　硬度指标的实用性 　　硬度实际上反映了金属材料的综合力学性能。他不仅从金属表面层的一个局部反映了材料的强度（抵抗局部变形，特别是塑性变形的能力），同时也反映了材料的塑性（压痕的大小或深浅）。硬度试验和拉伸试验都是在静试验力作用下测定材料力学性能的方法，但因拉伸试验属于破坏性试验，测定方法也比较复杂，所以主要用于原材料的性能测试和质量检验；而硬度试验则简单迅速，基本上不损伤材料，甚至不需要专门的试样，可以直接在工件上测试。因此，在生产中得到更为广泛的应用。零件图纸上标注技术要求时，常常把硬度判据作为唯一的力学性能指标予以标注，作为检验零件质量的依据。 二、实验设备与消耗材料 　　１、布氏、洛氏硬度试验计 　　２、各种硬度值的试样若干块 三、实验方法和步骤 　　见教材附录 四、填写实验报告 小　结 　　掌握硬度测试的原理。 　　学会布氏、洛氏、里氏硬度的测量、标注和硬度测试仪的操作方法