1、材料的硬度检测实验指导书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。
2、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 （N） 总试验力 (N) 应用范围A 588.4 硬质合金、碳化物、表面淬火钢、硬化薄钢板D 980.7 薄钢板、表面淬火钢C金刚石圆锥1471 淬火钢、调质钢、冷
3、硬铸铁F 588.4铸铁、铝、镁合金、轴承合金、退火铜合金、薄软钢板B 980.7 软钢、铝合金、铜合金、可锻铸铁、退火钢G1.5875mm 钢球（1/16）英寸1471 磷青铜、铍青铜、可锻铸铁H 588.4 铝、锌、铅等E 980.7K3.175mm 钢球（1/8）英寸98.071471轴承合金、锡、塑料、硬纸板等很软的材料一、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
4、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 eh 3h 1。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：K 常数：采用金刚石压锥时 K=100CHR13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
5、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 46 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 1 2HRC(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
6、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 eh3h1。压
7、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：K 常数：采用金刚石压锥时 K=100CHR3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
8、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(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料粒度F100F150 F180F500 F600F1200工作条件磨具硬度试验力（N）钢球直径（mm）试验力（N）钢球直径（mm）试验力（N）钢球直径（mm）AE 306 306FJ 9
9、80 588KY 1471 10 5883.1759803.175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A 42 50 20B 4355 3761 12 18C 5667 5172 11 16D 6878 6383 10 15E 7988 7692 9 14注：该表仅适用于珩磨磨石和超精磨石表 3 FY 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F100F150 F180F240 F280F500 F600F1200硬度值 -18-4 -113 1829 3345允差范围 -238 -2517 738 2353级
10、差值 14 14 11 12F均匀性允差 25 35 24 26硬度值 -321 417 3040 4655允差范围 -1833 029 2048 3662级差值 24 13 10 9G均匀性允差 43 32 22 20硬度值 2243 1829 4150 5664允差范围 852 440 3258 4871级差值 21 11 9 8H均匀性允差 38 28 20 18硬度值 4460 3040 5160 6573允差范围 3366 1850 4367 5880级差值 16 10 9 8J均匀性允差 29 25 20 18硬度值 2234 4150 6168 3951允差范围 1641 305
11、9 5374 2959级差值 12 9 7 12K均匀性允差 22 22 15 26硬度值 3546 5159 6976 5262允差范围 2852 4168 6382 4268级差值 11 8 7 10L均匀性允差 20 20 15 22硬度值 4756 6068 7783 6370允差范围 4161 5176 7187 5576级差值 9 8 6 7M均匀性允差 16 20 13 15硬度值 5765 6976 8488 7178允差范围 5269 6083 7892 6583级差值 8 7 4 7N均匀性允差 14 18 9 15硬度值 6672 7783 8993 7985允差范围 6
12、176 6989 8597 7390级差值 6 6 4 6P均匀性允差 11 15 9 13表 3（续） FY 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F100F150 F180F240 F280F500 F600F1200硬度值 7379 8489 9498 8692允差范围 6983 7794 90102 8097级差值 6 5 4 6Q均匀性允差 11 12 9 13硬度值 8085 9094 99103 9398允差范围 7688 8499 95106 88102级差值 5 4 4 5R均匀性允差 9 10 9 11硬度值 8690 9599 104106
13、99103允差范围 8393 90104 100109 95107级差值 4 4 2 4S均匀性允差 7 10 4 9硬度值 9195 100104 107109 104107允差范围 8898 95108 104112 100111级差值 4 4 2 3T均匀性允差 7 10 4 7硬度值 9699 105108 110112 108110允差范围 93101 100 107 104级差值 3 3 2 2Y均匀性允差 5 8 4 4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
14、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：SiO 2 96 烧碱0.3 相对密度：2.622.66 杂质1 粒度：24#筛上余量 336#筛通过量 83、厚度为 56mm 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
15、 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、数据记录及处理砂 轮 凹 坑 深 度粒 度1 2 3 砂 轮 硬 度误差分析（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磨 具 粒 度硬度等级 硬度值及允 差 F36 F46 F60F80 F100F150硬度值 4.203.56 4.844.16 5.244.51 5.304.61A、B、C 、D、G、F 允 差
16、 4.803.26 5.243.83 5.544.18 5.604.28硬度值 3.552.96 4.153.50 4.503.85 4.603.96G允 差 3.882.68 4.503.20 4.883.54 4.963.66硬度值 2.952.41 3.492.90 3.843.23 3.953.36H允 差 3.252.14 3.822.62 4.172.94 4.273.08硬度值 2.401.87 2.892.35 3.222.66 3.352.80J允 差 2.671.61 3.192.07 3.532.41 3.652.55硬度值 1.861.36 2.341.80 2.652
17、.16 2.792.30K允 差 2.131.14 2.611.57 2.931.93 3.072.07硬度值 1.350.92 1.791.35 2.151.70 2.291.85L允 差 1.600.73 2.061.14 2.401.50 2.541.66硬度值 3.212.63 4.003.32 4.744.01 5.004.56M允 差 3.552.39 4.433.03 5.083.68 5.234.36硬度值 2.622.15 3.312.74 4.003.36 4.554.16N允 差 2.921.95 3.662.50 4.383.10 4.783.96硬度值 2.141.7
18、6 2.732.27 3.352.84 4.153.76P允 差 2.381.61 3.022.10 3.672.64 4.353.58硬度值 1.751.46 2.261.94 2.832.44 3.753.41Q允 差 1.941.35 2.491.80 3.092.28 3.953.26硬度值 1.451.24 1.931.66 2.432.13 3.403.11R允 差 1.601.14 2.091.54 2.632.00 3.573.00硬度值 1.231.05 1.651.43 2.121.88 3.102.90S允 差 1.340.98 1.791.34 2.271.77 3.2
19、52.80硬度值 1.040.92 1.421.26 1.871.67 2.892.70T允 差 1.130.86 1.531.20 1.991.61 2.992.62硬度值 0.910.82 1.251.16 1.661.56 2.692.55Y允 差 0.970.76 1.331.10 1.761.50 2.792.47二 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
20、微镜测量压痕两对角线长度 d1和 d2，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HV 表示2F0.89HV2d1三、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
21、，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（18）秒，由缓冲器调节手轮调准。10、黑色金属，试验力保持时间为（1015）秒，有色金属为（302）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
22、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：14HV1000HV4、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/
23、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 I0.004mmb. 使用 5物镜， 分度值 I0.002mm五、数据记录与处理压痕对角线长 d (mm)试验力（N） 1 2 平均值 硬度值(HV) 平均硬度(HV)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。
24、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。2d-D(F0.12HB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
25、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（28）秒，由缓冲器调节手轮调准。10、黑色金属，试验力保持时间为（1015）秒，有色金属为（3035）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，
26、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1.02、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
27、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 I0.004mmb. 使用 5物镜， 分度值 I0.002mm球压头、试验力与硬度范围的关系材料 硬度范围 HB P 与 D 之间关系 球直径 D(mm) 试验力 P(N) P(kg)10 29400 30005 7350 750140450 P=30D22.5 1837.5 187.5黑色金属140P=10D210 9800 1000
