机械硬度计测定硬度

时间：2022-11-01 百科知识版权反馈

【摘要】：布氏硬度试验，主要设备有布氏硬度计和读数显微镜。常见的布氏硬度计有液压式和机械式两大类。图4．1为HB3000型机械式布氏硬度计。计算出压痕单位面积所承受的平均压力，以此作为被测试金属的布氏硬度值。布氏硬度试验压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，故试验结果较准确。③将试样稳固地放在硬度计工作台上，按洛氏硬度计的操作顺序进行试验。

一、实验目的

①了解布氏硬度、洛氏硬度的主要构造及操作方法。

②初步掌握布氏硬度值、洛氏硬度值的测定方法。

③初步建立碳钢的含碳量与其硬度间的关系和热处理能改变材料硬度的概念。

二、实验设备

1．布氏硬度试验机

布氏硬度试验，主要设备有布氏硬度计和读数显微镜。常见的布氏硬度计有液压式和机械式两大类。图4．1为HB⁃3000型机械式布氏硬度计。试验时，将试样4放在工作台3上按顺时针方向转动手轮2，使工作台上升至试样与压头5接触，并在手轮打滑后再开电动机1，经二级蜗轮蜗杆减速器12减速后，驱动连杆10与摇杆8向下运动，此时压头在砝码11通过大杠杆9、小杠杆7及压轴6作用下，以一定大小的载荷压入试样。停留一定时间后，电动机自动反转，曲柄连杆带动遥杆上升而卸除载荷。在关闭电动机后，反时针方向转动手轮，使工作台下降并取下试样。最后用读数显微镜测出压痕直径d，如图4．2所示，根据d的大小查表即可求得布氏硬度值。

2．洛氏硬度试验机

我国生产的洛氏硬度试验计有H⁃100，HR⁃150DT，HR4⁃150AT等多种形式。图4．3为H⁃100型洛氏硬度计。试验时将试样6放在工作台5上按顺时针方向转动手轮3，使工作台上升至试样6与压头7接触，继续转动手轮，通过压头和压轴8顶起杠杆10，并带动指示器表盘9的指针转动，洛氏硬度指示器表盘如图4．4所示。待指示器表盘中小针对准黑点，大针置于垂直向上位置时（左右偏移不超过5格），试样即施加了10kgf（1kgf＝9．8N）的初载荷。随后转动指示器表盘，使大针对准“0”（测HRB时对准“30”），再按下按钮1释放转盘4，在砝码11质量的作用下，顶杆12便在缓冲器15的控制下匀缓下降，使主载荷通过杠杆压轴和压头作用于试样上。停留数秒钟后再扳动手柄2，使转盘顺时针方向转动至原来被锁住的位置。由于转盘上齿轮使扇齿轮13、齿条14同时运转而将顶杆顶起，卸除了主载荷。这时指示器指针所指的读数即为所求的洛氏硬度值（HRC和HRA读外圈黑色的C标尺，HRB读内圈红色的B持标尺）。1—电动机；2—手轮；3—工作台；4—试样；5—压头；6—压轴；7—小杠杆；8—摇杆；9—大杠杆；10—连杆；11—砝码；12—减速器

图4．1 HB⁃3000型机械式布氏硬度计

图4．2 测量压痕示意图

三、实验原理

硬度实验设备简单，操作迅速方便，不需要专门制备试样，也不破坏被测试的工件。

目前，在测定硬度的方法中，最常用的是压入硬度法，其中以布氏硬度和洛氏硬度应用最广。它们的试验原理都是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测金属材料的表面，根据压头被压入的程度来测定其硬度值。

1．布氏硬度

布氏硬度试验方法是将一直径为D的硬质合金球在规定载荷F的作用下压入被测试金属表面，停留一定时间后卸除载荷，在被测试金属表面上形成一个直径为d的压痕。计算出压痕单位面积所承受的平均压力，以此作为被测试金属的布氏硬度值。但实际试验都是用读数

显微镜测出压痕直径d，再根据d值，查对照表得出所测的硬度值。

图4．3 H⁃100型洛氏硬度计

1—按钮；2—手柄；3—手轮；4—转盘；5—工作台；6—试样；7—压头；8—压轴；9—指示器表盘；10—杠杆；11—砝码；12—顶杆；13—扇齿轮；14—齿条；15—缓冲器

图4．4 洛氏硬度指示器

在进行布氏硬度试验时，应根据被测试金属材料的种类和试样厚度，选用不同大小的球体直径D施加载荷F保持时间。按《金属材料布民硬度试验》（GB／T231．4—2009）规定，球体直径有10，5，2．5和1mm4种；载荷与球体直径平方的比值（F／D2）有30，15，10，5，2．5和1共6种，根据金属材料的种类和布氏硬度值，可按表4．1选定F／D2；载荷的保持时间：黑色金属为10～15s，有色金属为30s，布氏硬度值小于35时为60s。

表4．1 布氏硬度试验的F／D2值的选择（摘自GB／T231．4—2009）

布氏硬度试验压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，故试验结果较准确。但压痕较大，不宜测试成品或薄片金属的硬度。

2．洛氏硬度

洛氏硬度试验方法是以一个锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1．558mm（1／16in）的钢球为压头，在先后两次载荷（初载荷与主载荷）的作用下，压入被测试金属表面，然后卸除主载荷，在保留初载荷的情况下，测出由主载荷引起的塑性变形的压入深度h，再由h值确定洛氏硬度值。 H值越大时，被测试金属的洛氏硬度值越低；反之，则越高。在实际实验时，都是由硬度计的指示器表盘上直接读出所测的硬度值。

洛氏硬度试验时，可用不同压头和不同的主载荷组成不同的洛氏硬度标尺。最常用的是HRC，HRB，HRA3种，其中HRC适用于测量硬度值高于230HBW的较硬金属；HRB适用于测量硬度值低于230HBW的较软金属；HRA适用于测量硬脆的金属材料或浅层表面硬化的金属。

洛氏硬度试验操作迅速简便且压痕较小，可测定成品或较薄金属的硬度，故目前生产上应用较广。

退火状态碳钢的硬度一般是随着含碳量的增加而逐渐增加的。

3．实验材料

硬度实验的材料，见表4．2。

表4．2 硬度试验的材料

四、实验步骤

1．布氏硬度试验

①清理试样表面。被测表面应是无氧化皮及外来污物的光洁表面，以保证能准确测量压痕直径。

②根据试样材料及厚度，按布氏硬度试验规范选择钢球压头的直径、载荷大小及载荷保持时间。

③把试样稳固地放在硬度计工作台上，按布氏硬度计的操作顺序进行，表面留下一个压痕。试验时，应使载荷均匀平稳地垂直施加于试样的测试表面，不得有冲击或震动。

④移动试样后重做一次试验，使试样表面又留下一个压痕。为了使实验结果精确，相邻两压痕的中心距离应不小于压痕直径的4倍；压痕中心距试样边缘的距离不小于压痕直径的2．5倍；压痕直径d的大小应为0．24D～0．6D；压痕深度应小于试样厚度的1／10。