工程材料及成形基础实验指导书.docVIP

工程材料及其成形基础 实验指导书 实验一? 硬度试验 一、实验目的 1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2、熟悉布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。 二、概 述 金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。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地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。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。另外，硬度与其它机械性能(如强度指标及塑性指标和)之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。 硬度的试验方法很多，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、维氏硬度等。 压入法硬度试验的主要特点是： (1) 试验时应力状态最软(即最大切应力远远大于最大正应力)，因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。 (2)金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系； 式中： ——材料的抗拉强度值；HB——布氏硬度值；——系数。 退火状态的碳钢 合金调质钢 有色金属合金 (3)硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。 (4)硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。 (5)设备简单，操作迅速方便。 三、布氏硬度(HB) (一)布氏硬度试验的基本原理 布氏硬度试验是施加一定大小的载荷，将直径为的钢球压入被测金属表面(如图1-1所示)保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上所压出的凹痕面积求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号HB表示。 其计算公式如下： (1—1) 式中： HB —— 布氏硬度值； —— 载荷（kgf）；（1kgf=9.8N） 根据压痕面积和球面之比等于压痕深度九和钢球直径之比的几何关系，可知压痕部分的球面积为： (1—2) 式中：——钢球直径(mm)； ——压痕深度(mm)。 由于测量压痕直径d要比测定压痕深度容易，故可将(1—2)式中改换成d来表示， 这可根据图1-1(b)中的关系求出： (1—3) 将式(1—2)和(1—3)代入式(1—1)即得： (1—4) 式中只有是变数，故只需测出压痕直径，根据已知和值就可计算出值。在实际测量时，可由测出之压痕直径直接查表得到HB值。 由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若只采用同一种载荷(如3000kgf)和钢球直径(如10mm)时，则对硬的金属适合，而对极软的金属就不适合，会发生整个钢球陷入金属中的现象；若对于厚的工件适合，则对于薄件会出现压透的可能，所以在测定不同材料的布氏硬度值时就要求有不同的载荷和钢球直径。为了得到统一的、可以相互进行比较的数值，必须使P和D之间维持某一比值关系，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变。 根据相似原理由图1-1(b)中可知和的关系是： 或 (1—5) 以此代入式(1—4)得： (1—6) 式(1—6)说明，当值为常数时，为使HB值相同，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载荷和钢球直径，只要能满足＝常数，所得的HB值是一样的。对不同材料来说，所得的HB值也是可以进行比较的。按照GB231-63规定，比值有30、10和2．5三种，具体试验数据和适用范围可参考表1-1。 （二）布氏硬度测定的技术要求 1. 试样表面必须平整光洁，以使压痕边缘清晰，保证准确测量压痕直径。 2．压痕距离试样边缘应大于(钢球直径)，两压痕之间距离应不小于。 3．用读数显微镜测量压痕直径d时，应从相互