1.硬度概要
硬度的定義：
?材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。?固體對外界物體入侵的局部抵抗能力，是比較各種材料軟硬的指標(biāo)。
常用硬度測量方法和分類
?硬度測量基本可分為壓入法和劃痕法。
?在壓入法中，根據(jù)加載速度不同又可分為靜載壓入法和動載壓入法（彈性回跳法）。
?在靜載壓入法中根據(jù)載荷、壓頭和表示方方法不同，又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等多種。
壓入法比較簡單，能測量所有金屬材料的硬度，不損壞零件，而且在一定條件下和材料抗拉強(qiáng)度等性能指標(biāo)有一定關(guān)系，可由硬度值推斷其他強(qiáng)度指標(biāo)，實際工作中使用最多。
金屬硬度實驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)及使用范圍
2.試驗原理
布氏硬度試驗原理：
?布氏硬度的測量原理是用一定載荷P(kgf)，把直徑為D（mm）的淬火鋼球或硬質(zhì)合金頭壓入被測金屬的表面，保持一定時間后卸載，根據(jù)金屬壓痕的表面積F（mm2),除載荷所得的商值即為布氏硬度。?其符號用HB表示，代表單位壓痕面積上所承受的壓力，一般不標(biāo)出單位。
在實際實驗時，由于測量壓痕直徑d比h方便，因此將上式h換算成d的表達(dá)式。
式中，HBS、HBW分別代表用鋼球和金剛石壓頭測得的硬度，d是唯一變量，試驗是只要測出壓痕直徑d（mm),可通過計算，或查布氏硬度表即可得到HB值。
由于金屬軟硬不同，工件薄厚、大小不同，不能僅采用一種標(biāo)準(zhǔn)載荷和鋼球直徑D，需要在生產(chǎn)實驗時，能使用不同大小負(fù)荷P和鋼球直徑D。
?對同一種材料采用不同載荷和鋼球直徑，能否得到同一硬度值，關(guān)鍵在于壓痕的幾何形狀相似性。如圖所示，要保證幾何相似性，必須保證鋼球壓入角j相等。
?此式說明，若壓入角不變，為了使同一種材料二者所得HB不變，則要求P/D2保持常數(shù)，這就是由壓痕相似性原理導(dǎo)出的P和D選配原則，硬度實驗時必須執(zhí)行。?國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定布氏硬度實驗時， P/D2的比值為30，10，2.5三種，根據(jù)金屬材料種類、試樣硬度范圍和厚度的不同，按照小表規(guī)范選擇鋼球直徑P、載荷P記載和保持時間。
布氏硬度測定的技術(shù)要求:
?試樣表面要與試驗臺平行，并有一定的光潔度，以使壓痕邊緣清晰，保證精確測量壓痕直徑d。?壓痕應(yīng)距試樣邊緣＞D（鋼球直徑），兩壓痕之間的距離＞2D。?測定壓痕直徑時，應(yīng)在相互垂直的方向上測量直徑，取其平均值為d。?為表明試驗條件，可在HB值后標(biāo)注D/P/T，如HB 10/3000/10，即表示此硬度值是在D=10mm，P=3000Kgf，T=10秒的條件下得到的
洛氏硬度試驗原理：
?洛氏硬度是目前使用最為廣泛的實驗方法，和布氏硬度一樣，也是一種壓入硬度實驗方法，但它不是測量壓痕面積，而是測量壓痕深度，以深度大小表示材料的硬度值。?壓頭采用錐角為120o的金剛石圓錐或直徑為1.588mm（1/6 inch)的鋼球。?載荷分兩次加，先加初載P1，然后加主載荷P2，其總載荷為P=P1+P2。
圖中0-0為金剛石壓頭沒有和試樣接觸位置，1-1為壓頭受到初載P1后壓入試樣深度為h0的位置，2-2為受到主載荷P2后壓入試樣深度為h1的位置，3-3為壓頭卸掉主載荷仍保留初載P1下的位置，由于彈性恢復(fù)，壓頭位置提高了h2。此時壓頭受主載荷作用壓入深度為 h:h=h1-h2
h值來衡量材料的硬度。
金屬越硬，壓痕深度越小；金屬越軟，壓痕深度越大。若直接以深度h作為硬度值，會出現(xiàn)材料越軟，h值反而越大的情況。為了適應(yīng)人們認(rèn)為硬度越高，材料越硬的習(xí)慣相一致，認(rèn)為規(guī)定以常數(shù)K減去h值作為落實硬度值的指標(biāo)，并規(guī)定每0.002mm為一個洛氏硬度單位，用符號HR表示：
為了能用一種硬度測定從軟到硬的金屬材料硬度，采用了不同的壓頭和總載荷，組合成幾種不同的洛氏硬度標(biāo)度，每一種標(biāo)度用一個字母載洛氏硬度符號HR后加以標(biāo)注，我國常用HRA, HRB, HRC三種，見表1-4。
3.硬度試驗
洛氏硬度試驗注意事項：
?試樣45鋼的被測表面和底面應(yīng)該相互平行，除去上下表面的鐵銹和臟物，必要的時候可以用砂紙打磨一下。?更換試臺時，須將絲桿降低，并注意避免碰壞壓頭。
?整個試驗期間，硬度計不應(yīng)受到影響試樣結(jié)果的沖擊和震動。?每次改變、移動或替換壓頭、跕座之后，至少壓兩個壓痕來確定壓頭與跕座裝配合適。
洛氏硬度試驗步驟：
1、將機(jī)身后端電源插頭接上電源后，打開機(jī)身右側(cè)下方的光源開關(guān)，使在投影屏上能看到清晰的影像。
2、根據(jù)試驗要求選用壓頭，安裝時應(yīng)使壓頭的肩部與主軸端面緊密接觸，然后適當(dāng)擰緊緊固螺釘。
3、根據(jù)試驗需要選擇試驗力，轉(zhuǎn)動機(jī)身右側(cè)的變換旋鈕使所需試驗力對正標(biāo)記。將手柄推向后方，把試件和工作臺擦拭干凈后，把試件放到工作臺上，順時針轉(zhuǎn)動手輪使試樣的試面與壓頭接觸，繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動手輪，使試樣繼續(xù)升高。
4、預(yù)加載和加載總試驗力，同步觀察顯示屏，直到滿格。
5、卸載總試驗力后，顯示屏上出現(xiàn)的數(shù)值即為洛氏硬度。
6、降下試臺取出試樣。
7、現(xiàn)在注意觀察每個試樣上的試驗點不少于4個，第一點不記。下面來測其他三個點的硬度。兩壓痕中心間的距離至少為壓痕直徑的4倍，且不應(yīng)小于4mm。任一壓痕中心距試樣邊緣的距離至少為壓痕直徑的2.5倍，且不應(yīng)小于2mm。兩相鄰壓痕的中心距離至少為壓痕直徑的3倍。壓痕中心距試樣邊緣距離至少為壓痕直徑的2.5倍。
測量布氏或維氏硬度時，操作方法同上。但取下試樣后必須用讀數(shù)顯微鏡測量壓痕的直徑（布氏法）或?qū)蔷€的長度（維氏法），再在相應(yīng)硬度對照表中查出硬度值。
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