材料学实验指导书解读.doc

目 录 实验一 金属材料的硬度实验 1 实验二 铁碳合金平衡状态显微组织分析 5 实验三 钢的热处理 8 附表1： 11 附表2：布氏、洛氏、维氏硬度与强度换算对照表 15 实验一 金属材料的硬度实验 一、实验目的 1、了解硬度测定的基本原理及应用范围； 2、测定钢试样的布氏、洛氏硬度值。 二、概述 金属的硬度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，因而硬度值综合的反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变、抗力塑变强化以及大量形变抗力。金属表面硬度值越高，抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其他机械性能（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和工具的使用性能及寿命具有决定性意义。 三、布氏硬度实验基本原理 1、实验原理 布氏硬度实验是在布氏试验机上进行。将直径为D的硬化钢球在一定的载荷P下压入金属表面（图1-1），并根据所得压痕d的大小来断定硬度。布氏硬度值是根据作用于钢球上的载荷对所得压痕表面积之比来确定，即 （Kgf/mm2） （1） 式中：P——载荷（Kg） —— 压痕的球面体（球缺） ——布氏硬度值 由几何学可知球缺的面积等于： （2） 式中：D——钢球直径 h——压痕深度 (a) 原理图 (b) h和d的关系 图1-1布氏硬度测定原理 用压痕的直径和表示可得： （3） 如果把所得的值代入公式（1）中，则有： Kgf/mm2 （4） 式（4）中只有d是变量，因此只需测出压痕直径，根据已知D和P值即可计算出金属表面的布氏硬度HB的值。在实际实验中，可由测出之压痕直径d直接查表得到HB值。 由于材料有软有硬，所测工件有厚有薄，若只采用一种载荷（如3000kgf）和钢球直径（如10mm）时，则对硬的金属适合，而对软的金属就不适合，会发生整个钢球陷入金属中的现象；若对于厚工件适合，则对于薄件会出现压透的现象，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P和钢球直径D。氏硬度的压头钢球直径有Φ2.5mm，Φ5mm，Φ10mm三种，载荷有15.6kg、62.5kg、182.5kg、250kg、750kg、1000kg、3000kg七种。为了得到统一的、可以相互进行比较的数值，必须使P和D之间维持某一比例关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件是压入角保持不变。 根据相似原理由图1-1（b）可知d和的关系是： 或 （5） 将式（5）代入式（4），得： （6） 式（6）说明，当为常值时，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，只要满足=常数，所得到的HB值也是一样的。根据GB231-63规定，比值有30、10和2.5三种，具体实验数据和适用范围参考表1-1。 表1-1 布氏硬度实验规范 材料 硬度范围 试样厚度（mm） 图1-2洛氏硬度实验过程 洛氏硬度值用HR表示，并注明所用标尺A、B或C，如HRB，HRC其硬度值可以分别按下公式计算： 当做A或C标尺实验时： HRA或 （7） 当做B标尺实验时： （8） 式中：h——压痕深度，，毫米； ——在初载荷作用下，压头压入试件表面的深度，毫米； ——在施加总载荷后卸去主载荷，在初载荷作用下，压头压入试件表面的深度，毫米。 2、操作步骤 打开电源开关，使屏幕显示标尺（HRC或HRB）和载荷相符后把试样放在洛氏硬度试验样品台上，按顺时针方向转动手轮，使试件与压头紧触，然后慢慢由左向右继续转动手轮，注意使屏幕上显示箭头（）符号布满屏幕后，则会听到仪器发出“嘟