金属硬度试验
一,实验目的
(1)了解硬度测定的基本原理及常用硬度试验法的应用范围.
(2)学会正确使用硬度计.
二,实验说明
1,概述
硬度是指材料抵抗另一较硬的物体压入表面抵抗塑性变形的一种能力,是重要的力学性能指标之一.与其它力学性能相比,硬度实验简单易行,又无损于工件,因此在工业生产中被广泛应用.常用的硬度试验方法有:
布氏硬度试验――主要用于黑色,有色金属原材料检验,也可用于退火,正火钢铁零件的硬度测定.
洛氏硬度试验——主要用于金属材料热处理后产品性能检验.
维氏硬度试验——用于薄板材或金属表层的硬度测定,以及较精确的硬度测定.
显微硬度试验——主要用于测定金属材料的显微组织组分或相组分的硬度.
2,布氏硬度试碱
(1)原理用载荷P把直径为D的淬火钢球压人试件表面,并保持一定时间,而后卸除载荷,测量钢球在试样表面上所压出的压痕直径d,从而计算出压痕球面积A,然后再计
算出单位面积所受的力(P/A值),用此数字表示试件的硬度值,即为布氏硬度,用符号HB表示.布氏硬度试验原理如图1
所示.
设压痕深度为h,则压痕的球面积为
A=πDh=πD
试中 P——施加的载荷,kg;
D——压头(钢球)直径 mm;
A——压痕面积,mm2;
d——压痕直径,mm.
3,洛氏硬度试验
(1)原理:洛氏硬度试验是用特殊的压头(金刚石压头或钢球压头)在先后施加的两个载荷(预载荷和总载荷)的作用下压入金属表面来进行的.总载荷P为预载荷P0和主要载荷P1之和,即
P= P0+ P1
洛氏硬度值是施加总载荷P并卸除主载荷P1引起的残余压入深度e来计算(图2).图中h0表示在预载荷P0作用下,压头压入被试材料的深度;h1表示施加总载荷P并卸除主载荷P1,但仍保留预载荷P0时,压头压入被试材料的深度.
深度差e= h1+ h0,该值用来表示被测材料硬度的高低.在实际应用中,为了使硬材料测出的硬度值比软材料的硬度值高,并符合一般的习惯,将被测材料的硬度值用公式加以适当变换,即
HR=K-(h1-h0)/C
试中 K――常数,其值在采用金刚石压头时为0.2,采用钢球压头时为0.26;
C——常数,代表指示器读数盘每一刻度相当于压头压入被测材料的深度,其值为0.002mm;
HR——标注洛氏硬度的符号,当采用金刚石压头及150 kg的总载荷时应标注HRC,当采用钢球压头及100kg,总载荷试验时,则应标注HRB.
HR值为一无名数,测量时可直接由硬度计表盘读出,表盘上有红、黑两种刻度,红线刻度的30和黑线刻度的0相重合,如图13.4所示.
三,实验内容及方法指导
(1)布氏硬度试验测定.
(2)洛氏硬度试验测定.
(3)试验方法指导.
学生分成若干组,利用备好的硬度试块或试样,在硬度计上测定其相应硬度值,使之学
会硬度计的使用方法.
四,实验所用设备及材料
(1)布氏硬度计
(2)读数放大镜
(3)洛氏硬度计
(4)硬度试块若干
(5)铁碳合金退火试样若干(ф20×10mm的工业纯铁,20,45,60,T8,T12等).
(6)ф20×10mm的 20,45,60,T8,T12钢退火态,正火态,淬火及回火态的试样
. 五,实验注意事项
(1)试样两端要平行,表面要平整,若有油污或氧化皮,可用砂纸打磨,以免影响测定.
(2)圆柱形试样应放在带有"V"形槽的工作台上操作,以防试样滚动.
(3)加载时应细心操作,以免损坏压头.
(4)测完硬度值,卸掉载荷后,必须使压头完全离开试样后再取下试样.
(5)金刚钻压头系贵重物品,资硬而脆,使用时要小心谨慎,严禁与试样或其它物件碰撞.
(6)应根据硬度实验机的使用范围,按规定合理选用不同的载荷和压头,超过使用范围,将不能获得准确的硬度值.
六,实验报告要求
(1)简述布氏和洛氏硬度试验原理.
(2)测定碳钢(20、45、60、T8、T12)退火试样的布氏硬度值(HBS).
(3)测定碳钢(45、T8、T12)正火及淬火试样的洛氏硬度值(HRC).
(4)测定45钢调质试样的洛氏硬度
HR—150型洛氏硬度计操作规范
一 使用范围
试验时立按下表选用压头和总试验力:
刻 度符 号 压 头 总试验力N(kgf) 标注硬度 符号 允许测量 范围
B ∮1.588/mm钢球 980.7(100) HRB 20-100
C 120°金刚石 1471(150) HRC 20-70
A 120°金刚石 588.4(60) HRA 20-88
A标尺: 用于测定硬度超过70HRC的金属(如碳化钨,硬质合金等), 也可测定硬的薄板材料以及表面淬硬的材料.
C标尺: 用于测定経过热处理的钢制品硬度.
B标尺: 用于测定较软的或中等硬度的金属以及未经淬硬的钢制品.
二,主要技术参数
1 初试验力………………………….. ………98.07N(10kgf)
2 总试验力…588.4N(60kgf),980.7N(100kgf),1471N(150kgf)
3 指示器刻度………………………….A,C:0-100; B:30-130
4 试件最大高度………………加丝杠保护套时为: 100mm
…………..不加丝杠保护套时为:179mm
5 圧痕中心至机壁的距离…………………………….135mm
6 硬度计外形尺寸………………………466×238×630mm
7 硬度计净重…………………………………………….65kg
三,操作使用方法
1 试验前的准备工作
(1) 调整主试验力的加荷速度:
手柄[16]置于卸荷位置,手把[13]转到1471N的位置, 将35-55HRC的标准硬度块放在工作台上,旋转手轮[27]使硬度块顶起主轴[1],加上驭试验力,拉动手柄[15]加主试验力,观察指示表大指针,从开始转动到停止的时间应在4~8秒范围内,如不符,可转动油针[14]进行调整,反复进行,直到合适为止.
(2) 试验力的选择:
转动手把[13]使所选用的试验力对准红点,但必须注意变换试验力时,手柄[16]必须置于卸荷状态(即后极限位置)
(3) 安装压头:
安装压头时应注意消除压头与主轴[1]端面的间隙.消除方法是: 裝上压头,并用螺丝钉[28]轻轻固定,然后将标准块或试验件放在工作台上,旋转手轮[27]加上初试验力,拉动手柄[15]使主试验力加于压头上,再将螺钉[28]拧紧,即可消除主轴与压头间的间隙.
2 试验程序
(1) 将丝杠[26]顶面及被选用的工作台上下端面擦干净,将工作台置于丝杠[26]上.
(2) 将试件支撑面擦干净,放在工作台上,旋转手轮[27]使工作台缓慢上升,并顶起压头,到小指针指着红点,大指针旋转三圈垂直向上为止(允许相差±5亇刻度,若超过5亇刻度,则此点应作废,重新试验)
(3) 旋转指示器[24]外壳,使C,B之间长刻线与大指针对正(顺.逆时针旋转均可).
(4) 拉动加荷手柄[15],施加主试验力,这时指示器的大指针按逆时针方向转动.
(5) 当指示器指针的转动显著地停顿下来后,即可将卸荷手柄[16]推回,卸除主试验力. 注意:主试验力的施加与卸除,均需缓慢进行.
(6) 从指示器上相应的标尺读数: 采用金刚石压头试验时,按表盘外圈的黑体字读取;采用钢球压头试验时,按表盘内圈的红字读取.
(7) 转动手轮使试件下降,再轻轻移动试件后,按上述(2)-(6)过程进行新的试验.
(8) 丝杠保护套[30]是为了保护丝杠[26]不受灰尘侵袭而制设的.当硬度计不使用时或试件高度小于100mm时,将其套在丝杠外面. 当试件高度大于100mm时,必须将其拿掉,以免将工作台顶起,造成试验无效.
四 硬度计的维护
1 硬度计长时间不用时,应用防尘罩将机器盖好.
2 定期在丝杠与手轮的接触面注入少量缝纫机油.
3 硬度计使用前,应将丝杠顶面和工作台上端面擦净.
4 如发现硬度计示值误差较大: (1)可拿下工作台,捡查其与絲杠接触面是否清洁; (2)捡查丝杠保护套是否顶起工作台; (3)捡查压头是否损坏.
5 若施加主试验力时,指示器指针开始转动很快,然后缓慢转动,说明缓冲器内机油太少了,此时可掀起缓冲器[7]上端的毡垫,缓慢地注入清洁的20#机油. 同时多次拉推手柄[15],[16], 使活塞上下移动多次, 将缓冲器内的空气全部排除, 直到活塞沉到底时有油从上面溢出为止.
6 用标准硬度块定期捡查硬度块精确度.
(1) 将工作台及标准硬度块擦干净, 在硬度块工作面[有针眼的一面]进行试验, 决不允许在支承面试验.
(2) 若示值误差较大, 除按夲节第四项捡查外, 应捡查标准硬度块支承面是否有毛刺, 若有毛刺应用油石打光.
(3) 在标准硬度块不同位置试验时, 硬度块应在工作台上拖动, 而不应拿离工作台。
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