金屬硬度測定實驗報告

時間：2024-11-19 10:12:18 報告我要投稿

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金屬硬度測定實驗報告

　　在人們越來越注重自身素養的今天，報告與我們的生活緊密相連，不同的報告內容同樣也是不同的。相信許多人會覺得報告很難寫吧，以下是小編收集整理的金屬硬度測定實驗報告，希望對大家有所幫助。

金屬硬度測定實驗報告

金屬硬度測定實驗報告1

　　一．實驗目的

　　1．了解硬度測定的基本原理及應用范圍。

　　2．了解布氏硬度實驗機的主要結構及操作方法。

　　二．概述

　　硬度是指材料對另一較硬物體壓入表面的抗力，是重要的機械性能之一。它是給初級金屬材料軟硬程度的數量概念，硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形能力越大，材料產生塑性變形就越困難，硬度實驗方法簡單，操作方便，出結果快，又無損于零件，因此被廣泛應用。測定金屬硬度的方法很多，有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。

　　1．布氏硬度（HB）

　�。�1）布氏硬度實驗的基本原理

　　布氏硬度實驗是以一定直徑的鋼球施加一定負荷P，壓入被測金屬表面（如圖1所示）保持一定時間，然后卸荷，根據金屬表面的壓痕面積F求應力值，以此作為硬度值的計量指標，以HB表示，則

　�。�5-1）

　　式中：P—負荷（kgf）；D—鋼球直徑（mm）h—壓痕深度（mm）

　　圖5-1布氏硬度實驗原理圖

　　由于測量壓痕d要比測量壓痕深度h容易，將h用d代換，這可由圖5-1（b）中的△Oab關系求出：

　�。�5-2）

　　將式（5-2）代入式（5-1）即得：

　�。�5-3）

　　式（5-3）中，只有d是變數，所以只要測量出壓痕直徑，就可根據已知的D和P值計算出HB值。在實際測量時，可根據HB、D、P、d的值所列成的表，若D、P已選定，則只需用讀數測微尺（將實際壓痕直徑d放大10倍的測微尺）測量壓痕直徑d，就可直接查表求得HB值。

　　由于金屬材料有硬有軟，所測工件有厚有薄，若采用同一種負荷（如3000kgf）和鋼球直徑（如10mm）時，則對硬的金屬適合，而對軟的金屬就不合適，會使整個鋼球陷入金屬中；若對厚的工件適合，而對薄的金屬則可能壓透，所以規定測量不同材料的布氏硬度值時，要有不同的負荷和鋼球直徑，為了保持統一的，可以相互進行比較的數值，必須使P和D之間保持某一比值關系，以保證所得到的壓痕形狀的幾何相似關系，其必要條件就是使壓入角保持不便。由圖5-1（b）可知：

　　（5-4）

　　將式（5-4）代入式（5-3）得：

　�。�5-5）

　　式（5-5）說明，當φ值為常數時，為使HB值相同，P/D2也應保持為一定值，因此對同一材料而言，不論采用何種大小的負荷和鋼球直徑，只要滿足P/D2=常數，所得的.HB值都是一樣的。對不同材料，所測得的HB值也可進行比較。P/D2比值有30、10、2 .5三種，其試驗數據和應用范圍可參考表5-1。

　　表5-1各種負荷、壓頭及應用范圍

　　（2）布氏硬度試驗的技術要求

　　1）被測金屬表面必須平整光潔。

　　2）壓痕距離金屬邊緣應大于鋼球直徑，兩壓痕之間距離應大于鋼球直徑。

　　3）HB 〉450的金屬材料不得用布氏試驗機測定。

　　4）用讀數測微尺測量壓痕直徑d時，應從相互垂直的兩個方向上測量，然后取其平均值。

　　5）查表時，若使用的是5、2.5mm的鋼球時，則應分別以2和4倍壓痕直徑查閱。

　　6）為了表明試驗條件，可在HB之后標注D/P/T，如HB10/3000/10，即表示此硬度值是在D=100mm，P=3000kgf，T=10秒的條件下得到的。

　�。�3）布氏硬度試驗機的結構及操作

　　HB-3000型布氏硬度試驗機的結構如圖5-2所示。它是利用杠桿系統將負荷加到金屬表面上的。加卸負荷都是自動的。

　　圖5-2 HB-3000布氏硬度試驗機外形結構圖

　　試驗時，將試樣置于試樣臺上，順時針轉動手輪，使試樣上升直到鋼球壓緊并聽到“卡”一聲為止。按上電鈕，此時電動機通過變速箱使曲軸轉動，連桿下降，負荷通過吊環和杠桿系統施加于鋼球上，保荷一定時間后，電動機自動運轉，連桿上升，卸除負荷，使杠桿及負荷恢復到原始狀態，同時電動機停止運轉，再反向回轉手輪，使試樣臺下降，取下試樣，即可進行壓痕直徑的測量，查表即得HB值。

　　三．實驗報告要求

　　1．簡述布氏硬度試驗原理。

　　2．如何測定金屬材料的布氏硬度值？

　　3．進行試驗時，應注意哪些基本要求？

金屬硬度測定實驗報告2

　　一、實驗目的

　　1.了解不同種類硬度測定的基本原理及常用硬度試驗法的應用范圍。

　　2.學會使用布氏、洛氏、維氏硬度計并掌握相應硬度的測試方法。

　　二、實驗原理概述

　　金屬的硬度可以認為是金屬材料表面在接觸應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量概念。由于在金屬表面以下不同深處材料所承受的應力和所發生的變形困難。另外，硬度與其他力學性能（如強度、塑性）之間有著一定的內在聯系，所以從某種意義上說硬度的大小對于材料的使用壽命具有決定性的作用。

　　常用的硬度試驗方法有：

　　布氏硬度試驗——主要用于測量鑄鐵、非鐵金屬及經過退火、正火和調質處理的鋼材。

　　洛氏硬度試驗——主要用于測量成品零件。維氏硬度試驗——主要用于測定較薄材料和硬材料。

　　顯微硬度試驗——主要用于測定顯微組織組分或相組分的硬度。

　　1.布氏硬度

　　布氏硬度實驗是施加一定大小的載荷F，將直徑為D的鋼球壓入

　　被測金屬表面（如圖1-1所示）保持一定時間，然后卸除載荷，根據鋼球在金屬表面上所壓出的凹痕面積A凹求出平均應力值，以此作為硬度值的計量指標，并用符號HB表示。

　　其計算公式如下：

　　HB=F/A凹（1-1）

　　式中HB——布氏硬度；F——施加外力，N；A凹——壓痕面積，mm2。

　　圖1-1布氏硬度的試驗原理

　　根據壓痕面積和球面面積之比等于壓痕深度h和鋼球直徑之比的幾何關系，可知壓痕部分的球面面積為：

　　A凹=πDh（1-2）式中D——鋼球直徑，mm;h——壓痕深度，mm。

　　由于測量壓痕直徑d要比測定壓痕深度h容易故可將式（1-2）中的h改換成d來表示，這樣可以根據集合關系求出

　　(D/2)-h=[(D/2)2-( d/2 )]1/2

　　h=[D-(D2-d2)1/2]/2（1-3）

　　將式(1-2)和式(1-3)代入式(1-1)既得

　　F2F

　　HB=A凹

　　πD(D?D2?d2）

　　(1-4)

　　當試驗力P的單位是N時

　　0.204F0.102F

　　= 22 (1-5)

　　A凹πD(D?D?d）

　　式中的d是變數,故只需測出壓痕直徑d,根據已知D和F值就可以計算出HB值。在實際測量時，可由壓痕直徑d直徑查表得到HB值。

　　需要注意的`是，由于材料有硬有軟，所測工件有厚有薄，若只采用同一種載荷和一個鋼球直徑時，則對有些試樣合適，而對另一些試樣可能不合適，對同一種材料而言，不論采用何種大小的載荷和鋼球直徑，當F/D2=常數時，所得到的HB值是一樣的，對不同材料來說，得到的HB值也可以經行比較。

　　2.洛氏硬度

　　洛氏硬度試驗常用的壓頭為圓錐角為120°，頂部曲率半徑為0.2mm的金剛石圓錐體或直徑D=1.588的淬火鋼球。試驗時，先對試樣施加初試驗力F0,在金屬表面得一壓痕深度為h0，以此作為測量壓

　　痕深度的基線。隨后再加上主試驗力F1后，此時壓痕深度的增量為h1。金屬在主試驗力F1作用下產生的總變形h1中包括了彈性變形和塑性變形。將F1卸除，后總變形中的彈性變形恢復，使壓頭回升一段距離。于是得到金屬在F0作用下的殘余壓痕深度h（將此壓痕深度h表示成e，其值以0.002mm為單位表示），e值越大表示金屬洛氏硬度越低；反之，則表示硬度越高。為了照顧習慣上數值越大硬度越高的概念，故而用一個常數k減去e來表示洛氏硬度值，并以符號HR表示，即

　　HR=k-e (1-6)

　　當使用金剛石圓錐體壓頭時,常數k定為100;當使用淬火鋼球壓頭時,常數k定為130.

　　實際測定洛氏硬度時,由于在硬度計的壓頭上方裝有百分表,可直接測出壓痕深度,并按(1-6)換算出相應的硬度值。因此，在試驗過程中金屬的洛氏硬度可以直接讀出。

　　為了測定軟硬不同的金屬材料的硬度，在洛氏硬度計上可選配不同的壓頭與試驗力，組合成幾種不同的洛氏硬度標尺。我國常用的標尺有A,B,C三種，其硬度值的符號分別用HRA、HRB、HRC表示。洛氏硬度試驗規范和適用范圍見表1-2。

金屬硬度測定實驗報告3

　　一、實驗目的

　　1.了解常用硬度測量原理及方法；

　　2.了解布氏和洛氏硬度的測量范圍及其測量步驟和方法；

　　二、實驗設備

　　洛氏硬度計、布洛維硬度計、軸承、試塊

　　三、實驗原理

　　1.硬度是表示材料性能的指標之一，通常指的是一種材料抵抗另一較硬的具有一定形狀和尺寸的物體（金剛石壓頭或鋼球）壓入其表面的阻力。由于硬度試驗簡單易行，又無損于零件，因此在生產和科研中應用十分廣泛。常用的硬度試驗方法有：洛氏硬度計，主要用于金屬材料熱處理后的產品性能檢驗。布氏硬度計，應用于黑色、有色金屬材料檢驗，也可測一般退火、正火后試件的硬度。

　　2.洛氏硬度

　　洛氏硬度測量法是最常用的硬度試驗方法之一。它是用壓頭(金剛石圓錐或淬火鋼球)在載荷(包括預載荷和主載荷)作用下，壓入材料的塑性變形濃度來表示的。通常壓入材料的深度越大，材料越軟；壓入的濃度越小，材料越硬。下圖表示了洛氏硬度的測量原理。

　　圖：未加載荷，壓頭未接觸試件時的位置。

　　2-1：壓頭在預載荷P0(98.1N)作用下壓入試件深度為h0時的位置。h0包括預載所相起的彈形變形和塑性變形。

　　2-2：加主載荷P1后，壓頭在總載荷P= P0+ P1的作用下壓入試件的位置。

　　2-3：去除主載荷P1后但仍保留預載荷P0時壓頭的位置，壓頭壓入試樣的深度為h1。由于P1所產生的彈性變形被消除，所以壓頭位置提高了h，此時壓頭受主載荷作用實際壓入的濃度為h= h1- h0。實際代表主載P1造成的塑性變形深度。

　　h值越大，說明試件越軟，h值越小，說明試件越硬。為了適應人們習慣上數值越大硬度越高的概念，人為規定，用一常數K減去壓痕深度h的數值來表示硬度的高低。并規定0.002mm為一個洛氏硬度單位，用符號HR表示，則洛氏硬度值為：

　　HR?k-h

　　0.002

　　3.布氏硬度

　　布氏硬度的測定原理是用一定大小的試驗力F(N)把直徑為D（mm）的淬火鋼球或硬質合金球壓入被測金屬的表面，保持規定時間后卸除試驗力，用讀數顯微鏡測出壓痕平均直徑d(mm)，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根據d從已備好的布氏硬度表中查出HB值。測量范圍為8~650HBW

　　由于金屬材料有硬有軟，被測工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一種標準的試驗力F和壓頭直徑D，就會出現對某些工件和材料的不適應的現象。因此，在生產中進行布氏硬度試驗時，要求能使用不同大小的試驗力和壓頭直徑，對于同一種材料采用不同的F和D進行試驗時，能否得到同一的布氏硬度值，關鍵在于壓痕幾何形狀的相似，即可建立F和D的`某種選配關系，以保證布氏硬度的不變性。特點：一般來說，布氏硬度值越小，材料越軟，其壓痕直徑越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其壓痕直徑越小。布氏硬度測量的優點是具有較高的測量精度，壓痕面積大，能在較大范圍內反映材料的平均硬度，測得的硬度值也較準確，數據重復性強。

　　四、實驗內容

　　1.測量滾動軸承表面洛氏硬度值

　　使用洛氏硬度計對軸承外圈進行硬度測定，記錄相關測量數據：

　　加載力（kgf）= 1471 N

　　2.測量試塊表面布氏硬度值

　　在布洛維硬度計上，使檔位調至布氏硬度測定檔，試塊進行表面硬度測定，記錄相關測定數據：

　　加載力（kgf）= 980 N

　　HB?2P

　　?D(D-D-d)22(D=2.5 mm ;d=讀數差×0.004)

　　五、思考題

　　1.測量硬度前為什么要進行打磨？

　　答：測試樣品與工作臺的接觸面不平。按照國家標準GB/T 230.1-20xx，洛氏硬度值=100-h/0.002，式中h為洛氏硬度計壓頭壓入樣品的深度，也就是說每0.002毫米或2微米代表1HRC硬度單位，因此被測試樣品與工作臺接觸面的平整度將對測試結果產生極大的影響。當試樣底面不平時，載荷完全施加時只要試樣因為不平整而導致輕微的偏轉，就可能使壓頭多向下移動幾個微米，測試結果就可能引起1-5HRC的誤差，甚至更大。因此，測試前被測樣品的底面必須用機械加工（如磨床）或手工方法（如砂紙打磨）磨平，以減小測試誤差。

　　2. HRC、HB和HV的試驗原理有何異同?

　　答：

　　1.布氏硬度(HB)以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼

　　球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。

　　2.洛氏硬度(HR)當HB>450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、

　　3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質合金等)。 HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。 HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。 3維氏硬度(HV)以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度HV值(kgf/mm2)。

　　4. HRC、HB和HV各有什么優缺點？各自適用范圍是什么？舉例說明HRC、HB和HV適用于哪些材料及工藝？

　　答：布氏硬度（HB）適用于退火正火鋼，壓痕大，適用于硬度不均勻材料，不適用于薄料。硬度值應在有效測量范圍內（HRC為20-70）為有效；布氏硬度計多用于原材料和半成品的檢測，由于壓痕較大一般不用于成品檢測。一般HBS只適用于450N/mm2(MPa)以下的金屬材料，對于較硬的鋼或較薄材料不適用；維氏硬度適用于較大工件和較深表面層的硬度測定，小負荷維氏硬度試驗負荷1.961~<49.03N，它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測定；顯微維氏硬度試驗負荷<1.961N，適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測定。

金屬硬度測定實驗報告4

　　一、實驗目的

　　(1)了解硬度測定的基本原理及常用硬度試驗法的應用范圍。

　　(2)學會正確使用硬度計。

　　二、實驗設備

　�。�1）布氏硬度計

　�。�2）讀數放大鏡

　�。�3）洛氏硬度計

　�。�4）硬度試塊若干

　　（5）鐵碳合金退火試樣若干（ф20×10mm的工業純鐵，20，45，60，T8，T12等）。

　�。�6）ф20×10mm的 20，45，60，T8，T12鋼退火態，正火態，淬火及回火態的試樣。

　　三、實驗內容

　　1、概述

　　硬度是指材料抵抗另一較硬的物體壓入表面抵抗塑性變形的一種能力，是重要的力學性能指標之一。與其它力學性能相比，硬度實驗簡單易行，又無損于工件，因此在工業生產中被廣泛應用。常用的硬度試驗方法有：

　　布氏硬度試驗――主要用于黑色、有色金屬原材料檢驗，也可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測定。

　　洛氏硬度試驗——主要用于金屬材料熱處理后產品性能檢驗。

　　維氏硬度試驗——用于薄板材或金屬表層的'硬度測定，以及較精確的硬度測定。顯微硬度試驗——主要用于測定金屬材料的顯微組織組分或相組分的硬度。

　　2、實驗內容及方法指導

　�。�1）布氏硬度試驗測定。

　�。�2）洛氏硬度試驗測定。

　　（3）試驗方法指導。

　　3、實驗注意事項

　　（1）試樣兩端要平行，表面要平整，若有油污或氧化皮，可用砂紙打磨，以免影響測定。

　�。�2）圓柱形試樣應放在帶有“V”形槽的工作臺上操作，以防試樣滾動。

　�。�3）加載時應細心操作，以免損壞壓頭。

　　（4）測完硬度值，卸掉載荷后，必須使壓頭完全離開試樣后再取下試樣。

　　（5）金剛鉆壓頭系貴重物品，資硬而脆，使用時要小心謹慎，嚴禁與試樣或其它物件碰撞。

　�。�6）應根據硬度實驗機的使用范圍，按規定合理選用不同的載荷和壓頭，超過使用范圍，將不能獲得準確的硬度值。

　　四、實驗步驟

　　1、布氏硬度試驗

　　布氏硬度試驗是用載荷P把直徑為D的淬火鋼球壓人試件表面，并保持一定時間，而后卸除載荷，測量鋼球在試樣表面上所壓出的壓痕直徑d，從而計算出壓痕球面積A，然后再計算出單位面積所受的力（P/A值），用此數字表示試件的硬度值，即為布氏硬度，用符號HB表示。

　　設壓痕深度為h，則壓痕的球面積為

　　A=πDh=πD

　　試中 P——施加的載荷，kg；

　　D——壓頭（鋼球）直徑 mm；

　　A——壓痕面積，mm；

　　d——壓痕直徑，mm。

　　2、洛氏硬度試驗

　　洛氏硬度試驗是用特殊的壓頭（金剛石壓頭或鋼球壓頭）在先后施加的兩個載荷（預載荷和總載荷）的作用下壓入金屬表面來進行的。總載荷P為預載荷P0和主要載荷P1之和，即

P= P0+ P1

　　洛氏硬度值是施加總載荷P并卸除主載荷P1引起的殘余壓入深度e來計算。用h0表示在預載荷P0作用下，壓頭壓入被試材料的深度；h1表示施加總載荷P并卸除主載荷P1，但仍保留預載荷P0時，壓頭壓入被試材料的深度。

　　深度差e= h1+ h0，該值用來表示被測材料硬度的高低。在實際應用中，為了使硬材料測出的硬度值比軟材料的硬度值高，并符合一般的習慣，將被測材料的硬度值用公式加以適當變換，即

　　HR=K-(h1-h0)/C

　　試中K――常數，其值在采用金剛石壓頭時為0.2，采用鋼球壓頭時為0.26；

　　C——常數，代表指示器讀數盤每一刻度相當于壓頭壓入被測材料的深度，其值為0.002mm;

　　HR——標注洛氏硬度的符號，當采用金剛石壓頭及150 kg的總載荷時應標注HRC，當采用鋼球壓頭及100kg，總載荷試驗時，則應標注HRB。 2

　　HR值為一無名數，測量時可直接由硬度計表盤讀出，表盤上有紅﹑黑兩種刻度，紅線刻度的30和黑線刻度的0相重合。

　　學生分成若干組，利用備好的硬度試塊或試樣，在硬度計上測定其相應硬度值，使之學會硬度計的使用方法。

　　五、實驗報告書

　　（1）簡述布氏和洛氏硬度試驗原理。

　�。�2）測定碳鋼（20﹑45﹑60﹑T8﹑T12）退火試樣的布氏硬度值（HBS）。

　　（3）測定碳鋼（45﹑T8﹑T12）正火及淬火試樣的洛氏硬度值（HRC）。

　　（4）測定45鋼調質試樣的洛氏硬度值（HRC）。

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