材料的硬度检测实验指导书

材料的硬度检测实验指导书河南工业大学材料科学与工程学院前言固体材料表面抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力，是衡量材料软硬程度的一个指标。抵抗能力越高，硬度值就越高。它与材料的化学成分、组织状态、加工处理、工作环境和其它机械性能有关。硬度值随硬度试验方法的不同，其物理意义也不同。常用的硬度试验方法有划痕法、压入法和动力法。划痕法测得的硬度值，表示材料表面抵抗断裂的能力；压入法测得的硬度值，表示材料表面抵抗塑性变形的能力；动力法测得的硬度值，表示材料变形功的大小。因此硬度代表材料的强度和韧性等综合性能指标。一材料的洛氏硬度测定简介：洛氏硬度用HR表示。一种广泛应用的静态压入硬度，用压痕凹陷的深度来表征。所用压头为顶角120°、圆弧半径0.2mm的金刚石圆锥或φ1.5875mm和φ3.175mm的钢球（或可测塑料洛氏硬度的φ6.35、φ12.7的钢球）。洛氏硬度所加试验力根据被测物体软硬不同而作不同规定，随不同的压头和所加相应不同试验力的搭配出现了十几种的洛氏硬度标尺。常见的有下面九种，常用的有三种。使用范围见下表。洛氏硬度试验标尺、压头、试验力及应用范围（洛氏硬度常用标尺为A、B、C三种）标尺压头类型初试验力（N）总试验力(N)应用范围A金刚石圆锥98.07588.4硬质合金、碳化物、表面淬火钢、硬化薄钢板D980.7薄钢板、表面淬火钢C1471淬火钢、调质钢、冷硬铸铁F1.5875mm钢球（1/16）英寸588.4铸铁、铝、镁合金、轴承合金、退火铜合金、薄软钢板B980.7软钢、铝合金、铜合金、可锻铸铁、退火钢G1471磷青铜、铍青铜、可锻铸铁H3.175mm钢球（1/8）英寸588.4铝、锌、铅等E980.7轴承合金、锡、塑料、硬纸板等很软的材料K1471一、实验目的：1、了解洛氏硬度计的测试原理。2、掌握用洛氏硬度计测定材料硬度的方法。二、实验原理：用圆锥形金刚石压头或钢球压头，在规定的试验力下，垂直压入试件表面。加载方式为，先加初试验力98.07N，这时压痕的深度为h1，再加总试验力（即初试验力加主试验力），这时压痕的深度为h2。。经保持规定时间后，以卸除主试验力而保留初试验力时的压痕深度h3与在初试验力作用下压痕深度h1之差来表示硬度。即e＝h3－h1。压痕深度越大则硬度越软，但为了符合数值大硬度高的读数习惯，需用下式作以变换：Ch－h－KHR13K常数：采用金刚石压锥时K=100采用钢球作压头时K=130C=0.002mm指示器刻度盘上一个分度格三、实验仪器及原材料1、HR-150型洛氏硬度计2、试件GCr15淬火四、实验步骤：1、置试件于工作台上，顺时针旋转手轮使工件上升至加满初试验力（即小指针至于红点）为止，此时大指针应垂直向上指向标记B(C)处，其偏移不得超过±5分度格，否则另选一点。2、转动指示器的调整盘，使大指针指向刻度B(C)。3、向后缓慢推倒加载试验力操纵手柄，保证主试验力在4—6秒内施加完毕。总试验力保持5秒时间后，向前慢拉加载试验力手柄，卸去主试验力，保留初试验力。4、此时硬度计表头长指针指向的数据，即为被测试件的硬度值。5、逆时针转动手轮使工作台下降，更换测试点，重复上述操作。五、数据记录与处理试件编号12HRC(读数)HRC(硬度值)注意：1、加载缓冲器空载下降时间应调整在4-6秒内。2、试件的最小厚度应大于压痕深度的10倍。3、两个测试点之间间隔应大与5mm。六、思考题洛氏硬度计长期使用后应注意些什么？附：洛氏法测定磨具硬度本方法适用于陶瓷和树脂结合剂，粒度为F100至F1200的普通磨具。一、实验目的：1、掌握洛氏硬度计的使用方法。2、学会用洛氏硬度计测定各种磨具硬度的方法。二、实验原理：洛氏法测磨具硬度，是以φ3.175mm钢球作压头，在规定的试验力下，垂直压入磨具表面。加载方式为，先加初试验力98.07N，这时压痕的深度为h1，再加总试验力（即初试验力加主试验力），这时压痕的深度为h2。。待总试验力完全加上后（硬度计表头长指针显著变慢时），不维持时间即卸去主试验力。以卸除主试验力而保留初试验力时的压痕深度h3与在初试验力作用下压痕深度h1之差来表示硬度。即e＝h3－h1。压痕深度越大则硬度越软，但为了符合数值大硬度高的读数习惯，需用下式作以变换：Ch－h－KHR13K常数：采用金刚石压锥时K=100采用钢球作压头时K=130C=0.002mm指示器刻度盘上一个分度格三、实验仪器及原材料1、HR-150型洛氏硬度计2、试件砂轮四、实验步骤：1、置试件于工作台上，顺时针旋转手轮使工件上升至加满初试验力（即小指针至于红点）为止，此时大指针应垂直向上指向标记B(C)处，其偏移不得超过±5分度格，否则另选一点。2、转动指示器的调整盘，使大指针指向刻度B(C)。3、向后缓慢推倒加载试验力操纵手柄，，待总试验力完全加上后（硬度计表头长指针显著变慢时），向前慢拉加载试验力手柄，卸去主试验力，保留初试验力。4、此时硬度计表头长指针指向的数据，即为被测试件的硬度值（按表头上B标尺读数）。5、逆时针转动手轮使工作台下降，更换测试点，重复上述操作。五、数据记录与处理试验粒度号试点编号BHR(读数)BHR（平均值）对应硬度附表：1、硬度计工作条件按表1的规定2、按刻度表上的B尺读数，并以各点的算术平均值按表2、表3的规定，确定磨具的硬度等级表1洛氏硬度计的工作条件磨具硬度磨料粒度F100~F150F180~F500F600~F1200工作条件试验力（N）钢球直径（mm）试验力（N）钢球直径（mm）试验力（N）钢球直径（mm）A~E3063.1753063.175F~J98010588588K~Y1471980表2A~E的硬度值、硬度允许范围及均匀性允差硬度等级硬度值允许范围级差值均匀性允差A~42~5020B43~5537~611218C56~6751~721116D68~7863~831015E79~8876~92914注：该表仅适用于珩磨磨石和超精磨石表3F~Y的硬度值、硬度允许范围及均匀性允差硬度等级硬度值及允差范围磨料粒度F100～F150F180～F240F280～F500F600～F1200F硬度值-18～-4-11～318～2933～45允差范围-23～8-25～177～3823～53级差值14141112均匀性允差25352426G硬度值-3～214～1730～4046～55允差范围-18～330～2920～4836～62级差值2413109均匀性允差43322220H硬度值22～4318～2941～5056～64允差范围8～524～4032～5848～71级差值211198均匀性允差38282018J硬度值44～6030～4051～6065～73允差范围33～6618～5043～6758～80级差值161098均匀性允差29252018K硬度值22～3441～5061～6839～51允差范围16～4130～5953～7429～59级差值129712均匀性允差22221526L硬度值35～4651～5969～7652～62允差范围28～5241～6863～8242～68级差值118710均匀性允差20201522M硬度值47～5660～6877～8363～70允差范围41～6151～7671～8755～76级差值9867均匀性允差16201315N硬度值57～6569～7684～8871～78允差范围52～6960～8378～9265～83级差值8747均匀性允差1418915P硬度值66～7277～8389～9379～85允差范围61～7669～8985～9773～90级差值6646均匀性允差1115913表3（续）F~Y的硬度值、硬度允许范围及均匀性允差硬度等级硬度值及允差范围磨料粒度F100～F150F180～F240F280～F500F600～F1200Q硬度值73～7984～8994～9886～92允差范围69～8377～9490～10280～97级差值6546均匀性允差1112913R硬度值80～8590～9499～10393～98允差范围76～8884～9995～10688～102级差值5445均匀性允差910911S硬度值86～9095～99104～10699～103允差范围83～9390～104100～10995～107级差值4424均匀性允差71049T硬度值91～95100～104107～109104～107允差范围88～9895～108104～112100～111级差值4423均匀性允差71047Y硬度值96～99105～108110～112108～110允差范围93～101≥100≥107≥104级差值3322均匀性允差5844附喷砂法测定磨具硬度一、实验目的：1、掌握喷砂硬度计的使用方法。2、了解喷砂法对磨具硬度的测定方法。二、实验原理：以一定压力147kPa的空气把一定粒度、形状和重量的石英砂，通过直径为5.5mm，长度为93.5mm的喷嘴，冲击于磨具表面，以冲击形成的凹坑深度来表征磨具的硬度。凹坑越深硬度越软，凹坑越浅则越硬。喷砂法测定磨具硬度更贴近磨具硬度的定义。三、实验设备及原材料1、JS32顺控数显喷啥硬度计2、标准石英砂条件：⑴化学成分：SiO2＞96％烧碱＜0.3％⑵相对密度：2.62～2.66杂质＜1％⑶粒度：24#筛上余量336#筛通过量83、厚度为5～6mm的钠平板玻璃4、F36的磨具四、实验步骤1、打开空气压缩机，使表压达到784kPa停机。2、接通喷砂硬度计电源，将旋钮放在“手动”档，升起机头清扫工作台。3、用5mm玻璃板校正喷砂硬度计（试验时省去）。4、将待测磨具放在工作台上，将旋钮放在“半自动”档，按“起步”键，重复两次，在待测磨具上对称测量两点，并记录两组数据。五、数据记录及处理粒度砂轮凹坑深度砂轮硬度123误差分析（单片磨具坑深相差太大的问题）六、注意事项：1、空气压缩机最低应保持196kPa；2、操作时，旋钮放在“手动”档时，不能按“喷砂”键；砂轮凹坑深度与硬度对照表硬度等级硬度值及允差磨具粒度F36F46F60~F80F100~F150A、B、C、D、G、F硬度值4.20~3.564.84~4.165.24~4.515.30~4.61允差4.80~3.265.24~3.835.54~4.185.60~4.28G硬度值3.55~2.964.15~3.504.50~3.854.60~3.96允差3.88~2.684.50~3.204.88~3.544.96~3.66H硬度值2.95~2.413.49~2.903.84~3.233.95~3.36允差3.25~2.143.82~2.624.17~2.944.27~3.08J硬度值2.40~1.872.89~2.353.22~2.663.35~2.80允差2.67~1.613.19~2.073.53~2.413.65~2.55K硬度值1.86~1.362.34~1.802.65~2.162.79~2.30允差2.13~1.142.61~1.572.93~1.933.07~2.07L硬度值1.35~0.921.79~1.352.15~1.702.29~1.85允差1.60~0.732.06~1.142.40~1.502.54~1.66M硬度值3.21~2.634.00~3.324.74~4.015.00~4.56允差3.55~2.394.43~3.035.08~3.685.23~4.36N硬度值2.62~2.153.31~2.744.00~3.364.55~4.16允差2.92~1.953.66~2.504.38~3.104.78~3.96P硬度值2.14~1.762.73~2.273.35~2.844.15~3.76允差2.38~1.613.02~2.103.67~2.644.35~3.58Q硬度值1.75~1.462.26~1.942.83~2.443.75~3.41允差1.94~1.352.49~1.803.09~2.283.95~3.26R硬度值1.45~1.241.