硬度检测指导书.docx

.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1.5875mm和 3.175mm的钢球（或可测塑料洛氏硬度的 6.35、 12.7 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总试验力应用范围（ N）(N)A588.4硬质合金、碳化物、表面淬火钢、硬化薄钢板金刚石圆锥D980.7薄钢板、表面淬火钢C1471淬火钢、调质钢、冷硬铸铁F588.4铸铁、铝、镁合金、轴承合金、退火铜合金、薄软钢板1.5875mm钢球98.07软钢、铝合金、铜合金、可锻B（ 1/16 ）英寸980.7铸铁、退火钢G1471磷青铜、铍青铜、可锻铸铁H3.175mm钢球588.4铝、锌、铅等E980.7轴承合金、锡、塑料、硬纸板（ 1/8 ）英寸K1471等很软的材料一、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：HRK h3h1 K常数：采用金刚石压锥时K=100C采用钢球作压头时K=130.C =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3.175mm 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 h3h1。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：HRK h3h1K常数：采用金刚石压锥时K=100C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HR B ( 读数 )HR B（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料粒度F100F150F180F500F600F1200磨具硬度工作条件钢球直径钢球直径钢球直径试验力（ N）试验力（ N ）试验力（ N）（mm ）（ mm）（ mm）AE306306FJ980103.1755883.175KY1471588980表 2 AE 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A425020B435537611218C566751721116D687863831015E79887692914注：该表仅适用于珩磨磨石和超精磨石.表 3FY 的硬度值、硬度允许范围及均匀性允差磨料粒度硬度等级硬度值及允差范围F100F150F180 F240F280 F500F600 F1200硬度值-18 -4-11 318 2933 45F允差范围-23 8-25 177 3823 53级差值14141112均匀性允差25352426硬度值-3 214 1730 4046 55G允差范围-18 330 2920 4836 62级差值2413109均匀性允差43322220硬度值224318 2941 5056 64H允差范围8 524 4032 5848 71级差值211198均匀性允差38282018硬度值446030 4051 6065 73J允差范围336618 5043 6758 80级差值161098均匀性允差29252018硬度值223441 5061 6839 51K允差范围164130 5953 7429 59级差值129712均匀性允差22221526硬度值354651 5969 7652 62L允差范围285241 6863 8242 68级差值118710均匀性允差20201522硬度值475660 6877 8363 70M允差范围416151 7671 8755 76级差值9867均匀性允差16201315硬度值576569 7684 8871 78N允差范围526960 8378 9265 83级差值8747均匀性允差1418915硬度值667277 8389 9379 85P允差范围617669 8985 9773 90级差值6646均匀性允差1115913.表 3（续）FY 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 F1200硬度值7379848994 9886 92Q允差范围6983779490 10280 97级差值6546均匀性允差1112913硬度值8085909499 10393 98R允差范围7688849995 10688 102级差值5445均匀性允差910911硬度值86909599104 10699 103S允差范围839390 104100 10995 107级差值4424均匀性允差71049硬度值9195100104107 109104 107T允差范围889895 108104 112100 111级差值4423均匀性允差71047硬度值9699105108110 112108 110Y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：化学成分： SiO2 96烧碱 0.3 相对密度： 2.62 2.66杂质 1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、数据记录及处理粒砂轮凹坑深度度2砂 轮 硬 度13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磨具粒度允差F36F46F60F80F100F150A、 B、 C、硬度值4.203.564.844.165.244.515.304.61D 、G、 F允差4.803.265.243.835.544.185.604.28G硬度值3.552.964.153.504.503.854.603.96允差3.882.684.503.204.883.544.963.66H硬度值2.952.413.492.903.843.233.953.36允差3.252.143.822.624.172.944.273.08J硬度值2.401.872.892.353.222.663.352.80允差2.671.613.192.073.532.413.652.55K硬度值1.861.362.341.802.652.162.792.30允差2.131.142.611.572.931.933.072.07L硬度值1.350.921.791.352.151.702.291.85允差1.600.732.061.142.401.502.541.66M硬度值3.212.634.003.324.744.015.004.56允差3.552.394.433.035.083.685.234.36N硬度值2.622.153.312.744.003.364.554.16允差2.921.953.662.504.383.104.783.96P硬度值2.141.762.732.273.352.844.153.76允差2.381.613.022.103.672.644.353.58Q硬度值1.751.462.261.942.832.443.753.41允差1.941.352.491.803.092.283.953.26R硬度值1.451.241.931.662.432.133.403.11允差1.601.142.091.542.632.003.573.00S硬度值1.231.051.651.432.121.883.102.90允差1.340.981.791.342.271.773.252.80T硬度值1.040.921.421.261.871.672.892.70允差1.130.861.531.201.991.612.992.62Y硬度值0.910.821.251.161.661.562.692.55允差0.970.761.331.101.761.502.792.47.二材料的维氏硬度测定一、实验目的：1、了解维氏硬度的测试原理。2、掌握用布洛维硬度计测定材料维氏硬度的方法二、实验原理：将一个相对面夹角为136的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力压入被测材料表面经保持规定时间后 （试验力保持时间为1015 秒），卸除试验力， 用读数显微镜测量压痕两对角线长度d 和 d ，取其算术平均值，查表或代入公式计算出维氏度值。维氏硬度用HV12表示HVFd1d20.18912dd2三、实验仪器及原材料、 1、 HBRVU-187.5 型布洛维光学硬度计2、试件 45 # 钢淬火四、实验步骤：A 硬度计操作步骤1、安装溜板试台，旋紧滚花螺母。2、显微镜座插入硬度计左边支架孔中，旋紧螺钉。3、插入测微目镜和内照明灯，将物镜旋入显微镜座内。4、将试件置于工作台上，把上溜板移至下导轨外侧挡钉处。5、接通电源，开关转向“维”字处，投影屏灯亮，内照明灯亮。6、根据被测试件的试验要求，转动变荷手轮，确定试验力。7、安装金刚石四棱锥维氏压头，手的中指顶住金刚石头部，轻轻向压头杆孔推进，紧贴支承面，拧紧压头紧固螺钉。用擦镜纸或酒精棉球将压头擦拭干净。8、顺时针转动手轮上升工作台，直至光学杠杆上的的标尺基线与投影屏刻线重合，不重合允差 2 格9、向后缓推加卸试验力手柄，施加试验力。加载速度为（1 8）秒，由缓冲器调节手轮调准。10、黑色金属，试验力保持时间为（10 15）秒，有色金属为（30 2）秒。11、总试验力保持时间结束，要求在（23）秒内将加卸试验力手柄匀速向前拉，卸除试验力。12、下降试台，将溜板试台与试件一起平稳的移至显微镜下，紧靠挡钉。13、逐步微量下降试，并以升降螺杆孔为中心，将溜板转动一定的角度后，使溜板与安装在硬度计左侧的物镜对准，然后通过测微目镜对准焦距，使试件上的压痕成像清晰。14、测量试件上压痕两对角线长度， 两对角线长度之差与其中较短的对角线长度之比不应大于 1.0 。15、测得试件上压痕两对角线长度的平均值乘以4 或 2，查表的维氏硬度值。B 维氏硬度技术参数1、试验力： 294N、 980N，允差 12、压头规格：金刚石正四棱锥体压头3、维氏硬度测量范围：14HV 1000HV.4、维氏硬度符号表示：符号 HV 之前为硬度值，符号后按以下顺序用数值表示试验条件：试验力；试验力保持时间（1015s 不标注）例如：640HV30表示用 294.2kN (30kgf) 试验力下保持 1015s 测得的维氏硬度为 640640HV30/20表示用 294.2kN (30kgf) 试验力下保持 20s 测得的维氏硬度为 6405、显微镜放大倍率：37.5 倍（使用2.5 物镜）、 75 倍（使用5 物镜）6 、测微目镜毂轮最小分度值a.使用 2.5 物镜，分度值I 0.004mmb.使用 5物镜，分度值 I 0.002mm五、数据记录与处理试验力（ N）压痕对角线长d (mm)平均硬度 (HV)12硬度值 (HV)平均值三材料的布氏硬度测定一、实验目的：1、了解布氏硬度的测试原理。2、掌握用布洛维硬度计测定材料布氏硬度的方法二、实验原理：用一定的负荷（试验力） 将一个选定直径的钢球压头（或硬质合金压头）压入被测材料表面。 保持负荷一定时间，卸除试验力后在材料表面留下一个压痕。通过测量压痕直径，进而计算出布氏硬度。布氏硬度用HB表示。HB0.1022F D(D-D 2 - d 2三、实验仪器及原材料、 1、 HBRVU-187.5 型布洛维光学硬度计2、试件 45 # 钢调质四、实验步骤：A 硬度计操作步骤1、安装溜板试台，旋紧滚花螺母。2、显微镜座插入硬度计左边支架孔中，旋紧螺钉。3、插入测微目镜和外照明灯罩，将物镜旋入显微镜座内。4、将试件置于工作台上，把上溜板移至下导轨外侧挡钉处。5、接通电源，开关转向“布”字处，投影屏灯亮，外照明灯亮。.6、根据被测试件的试验要求，转动变荷手轮，确定试验力。7、安装布氏钢球压头，手的中指顶住钢球压头头部，轻轻向压头杆孔推进，紧贴支承面，拧紧压头紧固螺钉。用擦镜纸或酒精棉球将压头擦拭干净。8、顺时针转动手轮上升工作台，直至光学杠杆上的的标尺基线与投影屏刻线重合，不重合允差 2 格9、向后缓推加卸试验力手柄，施加试验力。加载速度为（2 8）秒，由缓冲器调节手轮调准。10、黑色金属，试验力保持时间为（10 15）秒，有色金属为（30 35）秒。当布氏硬度值小于35 时伟 60 秒11、总试验力保持时间结束，要求在（23）秒内将加卸试验力手柄匀速向前拉，卸除试验力。12、下降试台，将溜板试台与试件一起平稳的移至显微镜下，紧靠挡钉。13、逐步微量下降试，并以升降螺杆孔为中心，将溜板转动一定的角度后，使溜板与安装在硬度计左侧的物镜对准，然后通过测微目镜对准焦距，使试件上的压痕成像清晰。14、测量试件上压痕两对角线长度， 两对角线长度之差与其中较短的对角线长度之比不应大于 1.0 。15、测得试件上压痕两对角线长度的平均值乘以4 或 2，查表的维氏硬度值。b. 布氏硬度技术参数1、试验力： 306N、 613N、 1839N允差 1.0 2、压头规格：球压头2.5 mm、 5mm3、硬度测试范围：压头为钢球时，适用于布氏硬度8450，用 HBS 表示。压头为硬质合金球时，适用于布氏硬度8650，用 HBW 表示 .4、布氏硬度符号表示：符号 HBS 或 HBW 之前为硬度值，符号后按以下顺序用数值表示试验条件： 球体直径； 试验力； 试验力保持时间（1015s 不标注）。例如： 120HBS10/1000/30表示用直径 10mm 钢球在9.807kN(1000kgf) 试验力下保持 30s 测得的布氏硬度为 120500HBW5/750表示用直径 5mm 硬质合金球在 7.35kN(750kgf) 试验力下保持 1015s 测得的布氏硬度为5005、显微镜放大倍率：37.5 倍（使用2.5物镜）、 75倍（使用5 物镜）6、测微目镜毂轮最小分度值a.使用 2.5 物镜，分度值I 0.004mmb.使用 5物镜，分度值 I 0.002mm球压头、试验力与硬度范围的关系材料硬度范围P 与 D 之间球直径试验力P(kg)HB关系D(mm)P(N)10294003000140450257350750P=30D黑色金属2.51837.5187.510980010002 14052450250P=10D2.5612.562.5.材料硬度范围P 与 D 之间球直径试验力P(kg)HB关系D(mm)P(N)10294003000有色金属 130257350750P=30D2.51837.5187.5109800100036130252450250P=10D2.5612.562.5210490050016 7051225125P=5D有色金属2.5306.531.2510245225028 355612.962.5P=2.5D2.5153.215.61012251254 1725306.531.25P=1.25D2.576.617.81五、数据记录与处理球直径试验力压痕直径（垂直方向测两次） d (mm)硬度值平均硬度D (mm)F(N)12平均值（ HB ）（ HB ）四显微硬度的测定一、实验目的：了解显微硬度的测试原理和显微硬度计的使用方法。二、实验原理：将显微硬度计上特制的金刚石压头，在一定负荷的作用下压入待测试样表面，用硬度计上的测微器，测量正方形压痕对角线的长度。显微硬度按下式计算：2式中 HV显微硬度值（N/mm）；P 负荷（ N）；d四方形压痕对角线平均长度（ m）。四、实验步骤：1、打开电源开关，主屏幕点亮，转动试验力变换手轮，选择试验力。负荷的力值应和主屏幕上显示的力值一致，如力值显示不一致会导致计算公式错误而影响示值，旋动变荷手.轮时，应小心缓慢地进行，防止速度过快发生冲击。2、此时主屏幕菜单显示MODEL和 NOT COV菜单， MODEL中有 HV、HK（维氏、克氏）二种试验法，按、方向键，将反白条移至所选之处，这时主屏幕状态显示行中显示所选HV或 HK，按 ENTER键确认， NOT COV中有二个硬度转换表 CTAB1和 CTAB2， CTAB1适用于有色金属， CTAB2适用于黑色金属， 硬度示值的转换， 按、方向键移至所选， 然后按 EMTER键确认， 主屏幕弹出转换表， 移动反白条至所选按ENTER键确认， 主屏幕状态显示行显示出所选硬度值转换标尺。3、按方向键， 主屏幕菜单弹出DWELL菜单， 此菜单为保荷时间选择菜单， 其中 00S60S 共十项，移动反白条至所选之项，按ENTER键确认即可，如要选时间在0 99S 之间，请将反白条移至第十一项SETTIME按 ENTER键确认，主屏幕弹出INPUTtime ，请按数字键输入所设时间（注：输入要求必需是二位数：如3s，按 03 两键），按 ENTER键确认，此时主屏幕状态显示行显示设定时间。4、按方向键， 主屏幕菜单弹出FUNCTION菜单，此类中有 Single 、COMM、Reset 、Print 、Light+ 、 Light- 共六项， Light+和 Light-为在非工作态下光源亮度的调整，如需增强或减弱亮度， 移支反白条至所选之处，每按 ENTER键一次亮度增强或减弱一次，按至视觉舒适清晰即可。 Reset 项为复位操作，复位操作用于当前测试数据信息的复原，这里要注意的是在单机操作中，在对一试样操作完成后，需对另一试样进行操作，如使用复位操作，则刚才测量的全部数据部将丢失，先请考虑是否对其进行保存，如不需要保存按 Esc 键直接返回主菜单，按方向键选择 Reset 复位操作。如需保存返回主菜单选择选择Save 储存文件。按确认键输入你自己排列的六位数文件号后，按确认键，数据全部存入， 然后选择 Reset 复位。 如不使用复位操作，则前一次的测量数据会带入下次测量数据中，造成数据混乱。Print 打印操作打印当前测试的数据信息。COMM为外设联系之用。 Single项是进入工作状态，移动反白条于此项，按ENTER键确认。5、转动压头与物镜切换手柄，使40X 物镜处于主体正前方位位置（光学系统放大倍率400X，测量状态）， 10X 的物镜作为观察之用（光学系统此时的放大倍率为100X）。6、将标准试块或试样要放在试台上（置于物镜的中心位置），摇动升降丝杆手轮，使试台上升，当物镜下端与试块或试样相距1 3mm时，眼睛通过测微目镜观察，在目镜中随着试台缓慢上升，可观察到亮度渐渐增强，说明聚焦面即将来到，此时应缓慢摇动手轮，