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1机械工程材料实验指导书2实验一硬度实验【实验目的】1．进一步加深对硬度概念的理解。2．了解布氏、洛氏硬度计的构造和作用原理。3．熟悉布氏硬度、洛氏硬度的测定方法和操作步骤。【实验设备及材料】布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样(钢、铸铁或有色金属)一组。【实验原理】硬度计的原理是：将一定直径球体压入试样表面，保持一定的时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，用试验力压出一压痕表面面积计算硬度。1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2(N/mm2)，布氏硬度计适用于铸铁等晶粒粗大的金属材料的测定。2.洛氏硬度（HR）当HB大于450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的硬度标尺HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。一、布氏硬度实验【布氏硬度计】THBS-3000DA采用电子自动加荷，计算机软件编程，高倍率光学测量，采用自动数字式编码器直接测量，测试结果LCD显示。图1THBS-3000DA型布氏硬度试验机【试样的技术条件】31．试样的试验面，应制成光滑平面，不应有氧化皮及污物。试验面应能保证压痕直径能精确测量，试样表面粗糙度Ra值一般不应大于0.8μm。2．在试样制备过程中，应尽量避免由于受热及冷加工对试样表面硬度的影响。3．布氏硬度试样厚度至少应为压痕深度的l0倍。【实验操作步骤】1．将压头装在轴孔内，旋转压头紧定螺钉，先暂时将压头轻压在轴心扁平处。2．将试样和工作台的台面揩擦干净，将试样稳固地放在工作台上，然后转动旋轮缓慢上升工作台，并使压头与试样接触，旋紧固定螺钉，转动旋轮，使压头与试块脱离，压头安装完成。3．打开电源，显示初始界面，按照表1选择钢球直径，0.102F/D2和试验力，保荷时间设为15秒。4．准备就绪后施加载荷将钢球压入试样。当试验力接近自动加荷值时，仪器发出“嘟”声，此时停止旋动旋轮，同时仪器进入自动加荷状态，显示屏右边显示向下的箭头表示正在加载，运行达到所选力值时，试验力保持时间开始，箭头变成横线同时保荷时间开始倒计时，待保荷时间结束进入卸荷状态，显示屏显示向上箭头，自动卸荷，卸荷结束，显示屏上箭头消失，杠杆回到起始位置。一次试验结束。5．转动转盘将光源的位置处于正前方，缓慢转动旋轮，同时从目镜中观察压痕的成像。6、把物镜转到中央。旋转眼罩，直至目镜内的两条细线都非常清晰。7、观察目镜内的像质。用手轮进行对焦，直至压痕的像非常清晰。8、测微目镜归零：旋转测量旋轮，使左、右两侧细线无限接近，中间仅留一条极微细微弱的光线，按ZREO使D1、D2值置零。然后旋转测量旋轮把右侧细线右移，将两条细线分开。9、测量：向左移动测微目镜的细线定位鼓轮，使左边的线刚好卡在压痕直径左端并与之垂直相切，此操作使两根线一起移动。旋转测量旋轮，使右边细线刚好卡住压痕直径右端。按一下测量目镜上的输入键，LCD屏幕显示D1的值，并自动转到D2，要求输入D2值。将测微目镜旋转90度，观察目镜内的像，此时细线应与压痕另一条直径垂直。旋转细线定位旋轮，使之刚好卡住压痕的上端与压痕相切，此操作同时移动两根线。旋转测量旋轮，使下部细线刚好卡住压痕的下端与压痕相切。按一下测微目镜上的输入键输入D2的值，系统自动进行硬度计算，此时硬度值一栏显示测试结果。10、按PRINT键进行硬度测试结果的打印。表一硬度符号钢球直径0.102F/D2试验力FHBW10/3000103029400（3000）HBW10/1500101514700（1500）HBW10/100010109800（1000）HBW10/5001054900（500）HBW10/250102.52450（250）HBW10/100101980（100）HBW5/7505307350（750）HBW5/125551225（125）HBW2.5/187.52.5301839(187.5)HBW2.5/62.52.510613(62.5)【实验注意事项】1．试样压痕平均直径d应在0.25D～0.6D之间，否则无效，应换用其他载荷做实验。42．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，布氏硬度小于35时，上述距离应分别为压痕平均直径的3倍和6倍。二、洛氏硬度实验【洛氏硬度计】THRS-150D数显洛氏硬度计采用单片机控制技术，数码管显示，内置打印机，试验力的施加、卸除、硬度值直接显示自动化运行。图2THRS-150D型洛氏硬度试验机【实验操作步骤】表一：洛氏硬度标尺、压头、试验力及应用范围表标尺压头试验力应用A金刚石压头588.4N(60kgf)表面淬火钢.硬质合金钢.薄钢板.铜D金刚石压头980.7N(100kgf)表面淬火刚.硬质合金钢.薄钢板.铜C金刚石压头1471N(150kgf)表面淬火刚.硬质合金钢.薄钢板.铜F硬质合金球头1/16588.4N(60kgf)退火钢轴承.冷拉铝合金.黄铜.铍青铜.磷青铜B硬质合金球头1/16980.7N(100kgf)退火钢.轴承.冷拉铝合金.黄铜.铍青铜.磷青铜G硬质合金球头1/161471N(150kgf)退火钢.轴承.冷拉铝合金.黄铜.铍青铜.磷青铜H硬质合金球头1/8588.4N(60kgf)轴承金属.研磨石料E硬质合金球头1/8980.7N(100kgf)轴承金属.研磨石料5K硬质合金球头1/81471N(150kgf)轴承金属.研磨石料P硬质合金球头1/4588.4N(60kgf)超软金属(例如.铝.锌.铅)M硬质合金球头1/4980.7N(100kgf)超软金属(例如.铝.锌.铅)L硬质合金球头1/41471N(150kgf)超软金属(例如.铝.锌.铅)R硬质合金球头1/2588.4N(60kgf)锡.塑料.纸板S硬质合金球头1/2980.7N(100kgf)锡.塑料.纸板V硬质合金球头1/2注：洛氏硬度计标尺很多，常用的为A、B、C三种标尺。1．被测试件表面应平整光洁，不得带有污物、氧化皮、凹痕及显著加工痕迹，试件的支承面和试台应清洁，保持良好密合，试件的厚度约大于10倍压痕深度。2．根据试样形状和大小，选择适宜工作台，将试样平稳地放在工作台上。3．面板简介：HR为硬度单位。A标尺对应试验力588N，B标尺对应试验力980N，C标尺对应试验力1471N。over键表示预先选定的硬度测试次数完成后，指示灯点亮，此时可打印记录或可按H键显示硬度平均值。SETUP标尺选择键。NO测试次数键，按该键，保荷时间显示窗口变为硬度测试次数预选窗口，增减按TIME+、TIME-键，测试次数预选少于20次，且每次测试第一点不记录，不打印。L．D硬度计出厂前调试键，用户不用此键。H硬度测试平均值键，只有当over键亮时，才能按此键求硬度平均值。RESET复位键。删除储存的所有数据。CLR清零键，消除当前输入的错误，保留以前数据。TIME+，TIME-保荷时间加减键。PRINT打印键。4．接通电源，启动开关，面板显示C标尺，保荷时间为5秒（测试次数为5次），指示灯点亮。5．根据试件技术要求按下SETUP选择标尺（表一）。6．顺时针方向旋转手轮，确定总试验力。7、按TIME+，TIME-键选择保荷时间。8、按NO键，再按TIME+，TIME-键选择操作次数。9、将压头安装在测杆孔中，贴紧支承面，把压头紧固螺钉略为拧紧，将试件放在试台上。10、顺时针旋转旋轮，压头与试件接触时，缓慢平稳上升丝杆，直至显示窗口显示295~305之间，硬度计开始加荷-保荷-卸荷，自动完成测试过程。注意：如果显示数值超过305，机器发出“嘀”声报警。这时，下降丝杆，试件移动测试位置，重新进行测试。11、按PRINT键打印试验结果。【实验注意事项】1．试样两相邻压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘距离一般不小于3mm，在特殊情况下，这个距离可以减小，但不应小于直径的3倍。2．为了获得较准确的硬度值，在每个试样上的试验点数应不小于三点(第一点不记)，取三点的算术平均值作为硬度值。对于大批试样的检验，点数可以适当减少。63．被测试样的厚度应大于压痕残余深度的十倍，试样表面应光洁平整，不得有氧化皮，裂缝及其他污物沾染。4．要记住手轮的旋转方向，顺时针旋转时工作台上升，反之下降。特别在试验快结束时，需下降工作台卸除初载荷，取下试样或调换试样位置的时候，手轮不得转错方向，否则，手轮转错，使工作台上升，就容易顶坏压头。【实验报告】根据选用的实验规范和记录数据填写下表1．布氏硬度项材料及热处理状态试验规范实验结果换算成洛氏硬度值钢球直径d/mm载荷F/N0.102F／D2第一次第二次均硬度值HBSHRCHRB压痕直径d/mm硬度值HBS压痕直径d/mm硬度值HBS2．洛氏硬度材料及热处理状态试验规范测得硬度值压头总载荷F／N硬度标尺第一次第二次第三次平均硬度值换算成布氏硬度值HBS项目项目