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实验目的与原理

  一 实验目的
  1.了解各种硬度测试方法的基本原理;
  2.了解洛氏硬度机、布氏硬度机的基本构成;
  3.掌握洛氏硬度和布氏硬度硬度的测试方法(重点掌握);
  4.掌握硬度实验点的取值方法。

  二 实验原理

  硬度是检验原材料、毛坯或成品件、热处理件的重要力学性能指标。常用的硬度实验有布氏硬度和洛氏硬度试验法。
  (一)布氏硬度试验
  根据 GB231-1984规定,布氏硬度试验法是用直径为D的淬火钢球(或硬质合金球),以相应的试验力F压入被测材料的表面,保持规定的时间后,卸掉试验力,用读数显微镜测出材料表面的压痕直径d。计算压痕单位面积上所受的力,即为被测金属的布氏硬度值HBS(或HBW)。但实验时,是根据d值查表求硬度值。

  布氏硬度试验是在布氏硬度试验机(图1)上进行。当F/ D2的比值保持一定时,能使同一材料所的布氏硬度值相同,不同材料的硬度值可以比较。故在进行布氏硬度试验时,应根据材料和布氏硬度值范围选择表中的F/ D2的值。然后将试样放在工作台21上,按顺时针方向转动手轮24,使工作台上升至试样与压头20接触,并在手轮打滑后开动电动机27,经减速器7减速后,驱动连杆11与摇杆19向下运动,此时大杆12、砝码10、小杆15及压轴17也向下运动,压头就以一定的载荷压入试样。停止规定时间后,电动机自动反转,曲柄连杆带动摇杆上升,卸掉载荷。反时针方向转动手轮,使工作台下降并取下试样。最后用读数显微镜测出压痕直径 d。根据d查表求得布氏硬度值。

材料
种类
布氏硬度
使用范围
球直径
D /mm
0.102F/D 试验力
F /N
试验力保持
时间/ S
备 注
钢,铸铁 ≥140
10
5
2.5
30 29420
7355
1839
10 1、压痕中心距试样边缘> 2.5d
2、两相邻痕中心距离应>4d(d—压痕平均直径)
<140 10
5
2.5
10 9807
2452
612.9
10~15
  (二)洛氏硬度
   洛氏硬度试验是将顶角为 120°金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压头,在一定载荷F作用下压入被测金属表面,保持一定时间后卸掉载荷。根据压痕的深度h确定被测金属的硬度值。根据所加的载荷和压头不同,洛氏硬度值有三种标度:HRA、HRB、HRC见表2。

表 2 常用三种洛氏硬度实验规范

标尺 测量范围 初负荷
N
主负荷
N
压头类型 使用范围
HRA 20~88
98.07 490.3 金刚石圆锥体 硬质合金,表面淬火层或渗碳层等
HRB 25~100 98.07 882.6 1.588mm淬火钢球 有色金属及合金,退火、正火钢等
HRC 20~ 70 98.07 1373 金刚石圆锥体 调质钢,淬火钢等

  洛氏硬度试验是在洛氏硬度机上进行,如图2所示。实验时试样15放在工作台16上,按顺时针方向转动手轮18,使工作台上升至试样与压头14接触。继续转动手轮,通过压头和压轴顶起杠杆10,并带动指示器表盘12的指针转动,待小指针指到黑点时,试样即已加上98N的强载荷,随后转动指示器表盘使大指针对准“O”(测HRB时对准“30”),按下按钮1释放转盘4。在砝码5、6的作用下,顶杆11在缓冲器3的控制下匀缓下降。主载荷通过杠杆、压轴和压头作用于试样上。停留规定时间后,扳动手柄2,使转盘顺时针方向转动至原来被锁住的位置。由于转盘上齿轮使扇齿轮、齿条同时运动而将顶杆顶起卸掉主载荷。这时指针所指的读数(HRC、HRA读C标尺,HRB读B标尺)即为所求的洛氏硬度值。