硬度测试实验报告.docx
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硬度测试实验报告
硬度测试实验报告
篇一：
硬度测量实验报告
硬度测量实验报告
一、实验目的
1.了解常用硬度测量原理及方法；
2.了解布氏和洛氏硬度的测量范围及其测量步骤和方法；
二、实验设备
洛氏硬度计、布洛维硬度计、轴承、试块
三、实验原理
1.硬度是表示材料性能的指标之一，通常指的是一种材料抵抗另一较硬的具有一定形状和尺寸的物体（金刚石压头或钢球）压入其表面的阻力。
由于硬度试验简单易行，又无损于零件，因此在生产和科研中应用十分广泛。
常用的硬度试验方法有：
洛氏硬度计，主要用于金属材料热处理后的产品性能检验。
布氏硬度计，应用于黑色、有色金属材料检验，也可测一般退火、正火后试件的硬度。
2.洛氏硬度
洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。
它是用压头在载荷作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。
通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。
下图表示了洛氏硬度的测量原理。
图：
未加载荷，压头未接触试件时的位置。
2-1：
压头在预载荷P0作用下压入试件深度为h0时的位置。
h0包括预载所相起的弹形变形和塑性变形。
2-2：
加主载荷P1后，压头在总载荷P=P0+P1的作用下压入试件的位置。
2-3：
去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置，压头压入试样的深度为h1。
由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h=h1-h0。
实际代表主载P1造成的塑性变形深度。
h值越大，说明试件越软，h值越小，说明试件越硬。
为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念，人为规定，用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。
并规定为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为：
HR?
k-h
3.布氏硬度
布氏硬度的测定原理是用一定大小的试验力F把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。
测量范围为8~650HBW
由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F和压头直径D，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。
因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径，对于同一种材料采用不同的F和D进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F和D的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。
特点：
一般来说，布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其压痕直径越小。
布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。
四、实验内容
1.测量滚动轴承表面洛氏硬度值
使用洛氏硬度计对轴承外圈进行硬度测定，记录相关测量数据：
加载力（kgf）=1471N
2.测量试块表面布氏硬度值
在布洛维硬度计上，使档位调至布氏硬度测定档，试块进行表面硬度测定，记录相关测定数据：
加载力（kgf）=980N
HB?
2P
?
D22
五、思考题
1.测量硬度前为什么要进行打磨？
答：
测试样品与工作台的接触面不平。
按照国家标准GB/T，洛氏硬度值=100-h/，式中h为洛氏硬度计压头压入样品的深度，也就是说每毫米或2微米代表1HRC硬度单位，因此被测试样品与工作台接触面的平整度将对测试结果产生极大的影响。
当试样底面不平时，载荷完全施加时只要试样因为不平整而导致轻微的偏转，就可能使压头多向下移动几个微米，测试结果就可能引起1-5HRC的误差，甚至更大。
因此，测试前被测样品的底面必须用机械加工（如磨床）或手工方法（如砂纸打磨）磨平，以减小测试误差。
2.HRC、HB和HV的试验原理有何异同?
答：
1.布氏硬度以一定的载荷把一定大小的淬硬钢
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，单位为公斤力/mm2。
2.洛氏硬度当HB>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量。
它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为、
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，分三种不同的标度来表示：
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。
HRB：
是采用100kg载荷和直径淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料。
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。
3维氏硬度以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度HV值。
3.HRC、HB和HV各有什么优缺点？
各自适用范围是什么？
举例说明HRC、HB和HV适用于哪些材料及工艺？
答：
布氏硬度（HB）适用于退火正火钢，压痕大，适用于硬度不均匀材料，不适用于薄料。
硬度值应在有效测量范围内（HRC为20-70）为有效；布氏硬度计多用于原材料和半成品的检测，由于压痕较大一般不用于成品检测。
一般HBS只适用于450N/mm2以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄材料不适用；维氏硬度适用于较大工件和较深表面层的硬度测定，小负荷维氏硬度试验负荷~篇二：
金属材料的硬度试验实验报告
实验五硬度实验
一．实验目的
1．了解硬度测定的基本原理及应用范围。
2．了解布氏硬度实验机的主要结构及操作方法。
二．概述
硬度是指材料对另一较硬物体压入表面的抗力，是重要的机械性能之一。
它是给初级金属材料软硬程度的数量概念，硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难，硬度实验方法简单，操作方便，出结果快，又无损于零件，因此被广泛应用。
测定金属硬度的方法很多，有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
1．布氏硬度（HB）
（1）布氏硬度实验的基本原理
布氏硬度实验是以一定直径的钢球施加一定负荷P，压入被测金属表面（如图1所
示）保持一定时间，然后卸荷，根据金属表面的压痕面积F求应力值，以此作为硬度值的计量指标，以HB表示，则
（5-1）
式中：
P—负荷（kgf）；D—钢球直径（mm）h—压痕深度（mm）
图5-1布氏硬度实验原理图
由于测量压痕d要比测量压痕深度h容易，将h用d代换，这可由图5-1（b）中的△Oab关系求出：
（5-2）
将式（5-2）代入式（5-1）即得：
（5-3）
式（5-3）中，只有d是变数，所以只要测量出压痕直径，就可根据已知的D和P值计算出HB值。
在实际测量时，可根据HB、D、P、d的值所列成的表，若D、P已选定，则只需用读数测微尺（将实际压痕直径d放大10倍的测微尺）测量压痕直径d，就可直接查表求得HB值。
由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若采用同一种负荷（如
3000kgf）和钢球直径（如10mm）时，则对硬的金属适合，而对软的金属就不合适，会使整个钢球陷入金属中；若对厚的工件适合，而对薄的金属则可能压透，所以规定测量不同材料的布氏硬度值时，要有不同的负荷和钢球直径，为了保持统一的，可以相互进行比较的数值，必须使P和D之间保持某一比值关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件就是使压入角保持不便。
由图5-1（b）可知：
（5-4）
将式（5-4）代入式（5-3）得：
（5-5）
式（5-5）说明，当φ值为常数时，为使HB值相同，P/D2也应保持为一定值，因此对同一材料而言，不论采用何种大小的负荷和钢球直径，只要满足P/D2=常数，所得的HB值都是一样的。
对不同材料，所测得的HB值也可进行比较。
P/D2比值有30、10、2.5三种，其试验数据和应用范围可参考表5-1。
表5-1各种负荷、压头及应用范围
（2）布氏硬度试验的技术要求
1）被测金属表面必须平整光洁。
2）压痕距离金属边缘应大于钢球直径，两压痕之间距离应大于钢球直径。
3）HB〉450的金属材料不得用布氏试验机测定。
4）用读数测微尺测量压痕直径d时，应从相互垂直的两个方向上测量，然后取
其平均值。
5）查表时，若使用的是5、的钢球时，则应分别以2和4倍压痕直径查
阅。
6）为了表明试验条件，可在HB之后标注D/P/T，如HB10/3000/10，即表示此硬度值
是在D=100mm，P=3000kgf，T=10秒的条件下得到的。
（3）布氏硬度试验机的结构及操作
HB-3000型布氏硬度试验机的结构如图5-2所示。
它是利用杠杆系统将负荷加到金属表面上的。
加卸负荷都是自动的。
图5-2HB-3000布氏硬度试验机外形结构图
试验时，将试样置于试样台上，顺时针转动手轮，使试样上升直到钢球压紧并听到“卡”一声为止。
按上电钮，此时电动机通过变速箱使曲轴转动，连杆下降，负荷通过吊环和杠杆系统施加于钢球上，保荷一定时间后，电动机自动运转，连杆上升，卸除负荷，使杠杆及负荷恢复到原始状态，同时电动机停止运转，再
反向回转手轮，使试样台下降，取下试样，即可进行压痕直径的测量，查表即得HB值。
三．实验报告要求
1．简述布氏硬度试验原理。
2．如何测定金属材料的布氏硬度值？
3．进行试验时，应注意哪些基本要求？
篇三：
硬度试验报告
一、《工程材料学》实验
实验一金属材料的硬度测试
一、实验目的
1．了解不同种类硬度测定的基本原理及应用范围；2．了解布氏、洛氏硬度实验的操作方法及设备特点；3．学会使用硬度计。
二、实验原理
金属材料的硬度可以认为是金属材料表面局部区域在接触应力作用下抵抗塑性变形或破裂的能力。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力，是表征材料性能的一个综合参量。
硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
硬度测量能够定量地给出金属材料软硬程度的相对数量概念。
硬度的实验方法有十多种，基本可分为压入法和刻划法两大类。
在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度。
压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度等，它们只是一些不同的实验方法而已，没有什么必然的内在关系。
压入法硬度实验有以下几方面的优点，导致它在生产和科研中的广泛应用：
1、硬度实验设备简单，操作迅速方便；
2、实验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件，无须加工专门的试样，而且实验
时一般不会破坏成品零件；
3、作为一种综合的性能参量，硬度与其他机械性能指标之间有着一定的内在联系，从
一定程度上，可用硬度实验结果估算相关性能而免做复杂的实验。
如：
金属的硬度与强度指标之间存在着如下近似关系：
бb=K*HB
式中：
б
b
—材料的抗拉强度；
K—系数，取值见表一；HB—布氏硬度。
表一系数K取值表
45、硬度能敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，可用来检验原材料和控制冷热加
工质量。
（一）布氏硬度：
布氏硬度实验是对试样施加一定大小的载荷P，将直径为D的钢球压入试样表面（如图1所示）保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在试样表面上所压出的凹痕面积F凹求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，用符号HB表示。
计算公式如下：
HB=P/F凹
式中：
HB—布氏硬度；P—施加外力，N；F凹—压痕面积，mm2。
根据压痕面积和球面之比等于压痕深度h和钢球直径D之比的几何关系，可以求出：
F凹=πDh
式中：
D—压头直径，mm；h—压痕深度，mm。
由于测量压痕直径d要比测定压痕深度h容易，而在数学表达式中可将h的改换成d来表示，这样，在实际测量时，可由压痕直径d直接查表得到HB值。
当压头为淬火钢球时，硬度符号为HBS，适用于布氏硬度值低于450的金属材料；当压头为硬质合金球时，硬度符号为HBW，适用于布氏硬度值为450~650的金属材料。
由于金属材料有软有硬，所测工件有厚有薄，若只采用一种载荷和同一个压头直径，则可能对有些试样合适，而对另一些试样不合适，会发生整个压头陷入试样中或将试样压透的现象。
所以，在测定不同材料时应用不同的载荷P和不同的直径D的钢球。
但为了得到统一的、可以进行相互比较的数据，必须使D和P之间维持一定的比值关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系。
经数学推导可知，只要满足P/D2=常数，所得到的HB值就是一样的，不同材料、不同载荷P和压头直径D所得到的HB可以进行相互比较。
国标GB231-88对此进行了规定，具体实验数据和适用范围参见表一布氏硬度试验规范。
表一布氏硬度试验规范
倍，而距相邻压痕中心距离不小于压痕直径的4倍。
用读数显微镜测量压痕直径时，应从相互垂直的两个方向测量，精确到小数点后两位的毫米值，并取其算术平均值。
压痕直径之差应不大于较小直径的2%。
实验后压痕直径大小应在＜d＜范围内，否则认为试验结果无效；试验后试样边缘与试样背面呈变形痕迹，则试验无效，这时均应重新选择试验条件重做。
（二）洛氏硬度：
洛氏硬度试验常用的压头为圆锥角1200、顶部曲率半径的金刚石锥体或直径D=的淬火钢球。
试验时先对试样施加初试验力F0，在金属表面得一压痕深度h0，以此作为测量压痕深度的基线，随后再施加主试验力F1，此时压痕深度的增量为h1。
金属在F1作用下产生的总变形h1中包括弹性变形和塑性变形。
当卸载后，总变形中的弹性变形恢复，使压头回升一段距离，于是得到金属在F1作用下的残余压痕深度h（将此压痕深度h表示成e，其值以为单位表示）。
e值越大表示金属洛氏硬度越低，反之，则表明硬度越高。
为了照顾习惯上数值越大硬度越高的概念，用一常数k减去e来表示洛氏硬度值，并以符号HR表示，即：
HR=k—e
当使用金刚石圆锥体压头时，常数k定为100；当使用淬火钢球压头时，常数k定位130。
实际测量洛氏硬度时，由于在硬度计的压头上方装有百分表，可直接测量出压痕深度，并可直接按上式换算出相应的硬度值。
因此，在实验过程中金属的洛氏硬度值可直接读出。
为了测定软硬不同的金属材料的硬度，在洛氏硬度计上可配有不同的压头与试验力，组合成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在HR后注明。
我国常用的标尺有A、B、C三种，其硬度值的符号分别用HRA、HRB、HRC表示。
他们的试验条件、硬度值计算公式及应用实
例如表二所示。
表二洛氏硬度标尺试验条件、硬度值计算公式及应用实例
1．硬度计。
布氏、洛氏硬度计；
2．3．4．
读数显微镜。
最小分度值为；
标准硬度块。
不同硬度方法的标准二等硬度块各一套；试样。
制备试样时表面应平整、光滑，不应有氧化皮和污
物，并应避免由于冷热加工而影响表面硬度。
四、实验方法及步骤
1．了解硬度计的构造、原理、使用方法、操作规程和安全注意事项。
见图一、二；
图一洛氏硬度计图二布氏硬度计
压头和载荷（砝码），必要时根据试样形状更换实验台；
2．对各种试样选择合适的实验方法和仪器，确定实验条件。
根据实验和实验条件选择3．用标准硬度块校验硬度计。
校验的硬度值不应超过标准硬度块硬度值的3%（布氏）或1~%（洛氏）；
4．试样支撑面、工作台和压头表面应清洁。
将试样平稳地放在工作台上，保证在实验加载过程中不发生移动和翘曲。
实验力平稳地加在试样上，不得造成冲击和震动，施力方向与试样表面垂直。
保证载荷规定的时间，卸载后测量读数（布氏硬度）或直接读数（洛氏硬度），准确记录试验数据。
五、实验报告要求
1．说明本实验所用硬度计的型号、操作规程和注意事项；2．说明实验方法及选择实验条件的原则；3．列举实验结果，并加以分析；4．说明硬度值的表示方法。
六、参考资料及附件1．参考资料：
1）GB321-84金属布氏硬度试验方法2）GB230-83金属洛氏硬度试验方法2．附件：
压痕直径与布氏硬度值对照表
压痕直径与布氏硬度值对照表
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