金屬硬度試驗
一,實驗目的
(1)了解硬度測定的基本原理及常用硬度試驗法的應用范圍.
(2)學會正確使用硬度計.
二,實驗說明
1,概述
硬度是指材料抵抗另一較硬的物體壓入表面抵抗塑性變形的一種能力,是重要的力學性能指標之一.與其它力學性能相比,硬度實驗簡單易行,又無損于工件,因此在工業生產中被廣泛應用.常用的硬度試驗方法有:
布氏硬度試驗――主要用于黑色,有色金屬原材料檢驗,也可用于退火,正火鋼鐵零件的硬度測定.
洛氏硬度試驗——主要用于金屬材料熱處理后產品性能檢驗.
維氏硬度試驗——用于薄板材或金屬表層的硬度測定,以及較精確的硬度測定.
顯微硬度試驗——主要用于測定金屬材料的顯微組織組分或相組分的硬度.
2,布氏硬度試堿
(1)原理用載荷P把直徑為D的淬火鋼球壓人試件表面,并保持一定時間,而后卸除載荷,測量鋼球在試樣表面上所壓出的壓痕直徑d,從而計算出壓痕球面積A,然后再計
算出單位面積所受的力(P/A值),用此數字表示試件的硬度值,即為布氏硬度,用符號HB表示.布氏硬度試驗原理如圖1
所示.
設壓痕深度為h,則壓痕的球面積為
A=πDh=πD
試中 P——施加的載荷,kg;
D——壓頭(鋼球)直徑 mm;
A——壓痕面積,mm2;
d——壓痕直徑,mm.
3,洛氏硬度試驗
(1)原理:洛氏硬度試驗是用特殊的壓頭(金剛石壓頭或鋼球壓頭)在先后施加的兩個載荷(預載荷和總載荷)的作用下壓入金屬表面來進行的.總載荷P為預載荷P0和主要載荷P1之和,即
P= P0+ P1
洛氏硬度值是施加總載荷P并卸除主載荷P1引起的殘余壓入深度e來計算(圖2).圖中h0表示在預載荷P0作用下,壓頭壓入被試材料的深度;h1表示施加總載荷P并卸除主載荷P1,但仍保留預載荷P0時,壓頭壓入被試材料的深度.
深度差e= h1+ h0,該值用來表示被測材料硬度的高低.在實際應用中,為了使硬材料測出的硬度值比軟材料的硬度值高,并符合一般的習慣,將被測材料的硬度值用公式加以適當變換,即
HR=K-(h1-h0)/C
試中 K――常數,其值在采用金剛石壓頭時為0.2,采用鋼球壓頭時為0.26;
C——常數,代表指示器讀數盤每一刻度相當于壓頭壓入被測材料的深度,其值為0.002mm;
HR——標注洛氏硬度的符號,當采用金剛石壓頭及150 kg的總載荷時應標注HRC,當采用鋼球壓頭及100kg,總載荷試驗時,則應標注HRB.
HR值為一無名數,測量時可直接由硬度計表盤讀出,表盤上有紅、黑兩種刻度,紅線刻度的30和黑線刻度的0相重合,如圖13.4所示.
三,實驗內容及方法指導
(1)布氏硬度試驗測定.
(2)洛氏硬度試驗測定.
(3)試驗方法指導.
學生分成若干組,利用備好的硬度試塊或試樣,在硬度計上測定其相應硬度值,使之學
會硬度計的使用方法.
四,實驗所用設備及材料
(1)布氏硬度計
(2)讀數放大鏡
(3)洛氏硬度計
(4)硬度試塊若干
(5)鐵碳合金退火試樣若干(ф20×10mm的工業純鐵,20,45,60,T8,T12等).
(6)ф20×10mm的 20,45,60,T8,T12鋼退火態,正火態,淬火及回火態的試樣
. 五,實驗注意事項
(1)試樣兩端要平行,表面要平整,若有油污或氧化皮,可用砂紙打磨,以免影響測定.
(2)圓柱形試樣應放在帶有"V"形槽的工作臺上操作,以防試樣滾動.
(3)加載時應細心操作,以免損壞壓頭.
(4)測完硬度值,卸掉載荷后,必須使壓頭完全離開試樣后再取下試樣.
(5)金剛鉆壓頭系貴重物品,資硬而脆,使用時要小心謹慎,嚴禁與試樣或其它物件碰撞.
(6)應根據硬度實驗機的使用范圍,按規定合理選用不同的載荷和壓頭,超過使用范圍,將不能獲得準確的硬度值.
六,實驗報告要求
(1)簡述布氏和洛氏硬度試驗原理.
(2)測定碳鋼(20、45、60、T8、T12)退火試樣的布氏硬度值(HBS).
(3)測定碳鋼(45、T8、T12)正火及淬火試樣的洛氏硬度值(HRC).
(4)測定45鋼調質試樣的洛氏硬度
HR—150型洛氏硬度計操作規范
一 使用范圍
試驗時立按下表選用壓頭和總試驗力:
刻 度符 號 壓 頭 總試驗力N(kgf) 標注硬度 符號 允許測量 范圍
B ∮1.588/mm鋼球 980.7(100) HRB 20-100
C 120°金剛石 1471(150) HRC 20-70
A 120°金剛石 588.4(60) HRA 20-88
A標尺: 用于測定硬度超過70HRC的金屬(如碳化鎢,硬質合金等), 也可測定硬的薄板材料以及表面淬硬的材料.
C標尺: 用于測定経過熱處理的鋼制品硬度.
B標尺: 用于測定較軟的或中等硬度的金屬以及未經淬硬的鋼制品.
二,主要技術參數
1 初試驗力………………………….. ………98.07N(10kgf)
2 總試驗力…588.4N(60kgf),980.7N(100kgf),1471N(150kgf)
3 指示器刻度………………………….A,C:0-100; B:30-130
4 試件最大高度………………加絲杠保護套時為: 100mm
…………..不加絲杠保護套時為:179mm
5 圧痕中心至機壁的距離…………………………….135mm
6 硬度計外形尺寸………………………466×238×630mm
7 硬度計凈重…………………………………………….65kg
三,操作使用方法
1 試驗前的準備工作
(1) 調整主試驗力的加荷速度:
手柄[16]置于卸荷位置,手把[13]轉到1471N的位置, 將35-55HRC的標準硬度塊放在工作臺上,旋轉手輪[27]使硬度塊頂起主軸[1],加上馭試驗力,拉動手柄[15]加主試驗力,觀察指示表大指針,從開始轉動到停止的時間應在4~8秒范圍內,如不符,可轉動油針[14]進行調整,反復進行,直到合適為止.
(2) 試驗力的選擇:
轉動手把[13]使所選用的試驗力對準紅點,但必須注意變換試驗力時,手柄[16]必須置于卸荷狀態(即后極限位置)
(3) 安裝壓頭:
安裝壓頭時應注意消除壓頭與主軸[1]端面的間隙.消除方法是: 裝上壓頭,并用螺絲釘[28]輕輕固定,然后將標準塊或試驗件放在工作臺上,旋轉手輪[27]加上初試驗力,拉動手柄[15]使主試驗力加于壓頭上,再將螺釘[28]擰緊,即可消除主軸與壓頭間的間隙.
2 試驗程序
(1) 將絲杠[26]頂面及被選用的工作臺上下端面擦干凈,將工作臺置于絲杠[26]上.
(2) 將試件支撐面擦干凈,放在工作臺上,旋轉手輪[27]使工作臺緩慢上升,并頂起壓頭,到小指針指著紅點,大指針旋轉三圈垂直向上為止(允許相差±5亇刻度,若超過5亇刻度,則此點應作廢,重新試驗)
(3) 旋轉指示器[24]外殼,使C,B之間長刻線與大指針對正(順.逆時針旋轉均可).
(4) 拉動加荷手柄[15],施加主試驗力,這時指示器的大指針按逆時針方向轉動.
(5) 當指示器指針的轉動顯著地停頓下來后,即可將卸荷手柄[16]推回,卸除主試驗力. 注意:主試驗力的施加與卸除,均需緩慢進行.
(6) 從指示器上相應的標尺讀數: 采用金剛石壓頭試驗時,按表盤外圈的黑體字讀取;采用鋼球壓頭試驗時,按表盤內圈的紅字讀取.
(7) 轉動手輪使試件下降,再輕輕移動試件后,按上述(2)-(6)過程進行新的試驗.
(8) 絲杠保護套[30]是為了保護絲杠[26]不受灰塵侵襲而制設的.當硬度計不使用時或試件高度小于100mm時,將其套在絲杠外面. 當試件高度大于100mm時,必須將其拿掉,以免將工作臺頂起,造成試驗無效.
四 硬度計的維護
1 硬度計長時間不用時,應用防塵罩將機器蓋好.
2 定期在絲杠與手輪的接觸面注入少量縫紉機油.
3 硬度計使用前,應將絲杠頂面和工作臺上端面擦凈.
4 如發現硬度計示值誤差較大: (1)可拿下工作臺,撿查其與絲杠接觸面是否清潔; (2)撿查絲杠保護套是否頂起工作臺; (3)撿查壓頭是否損壞.
5 若施加主試驗力時,指示器指針開始轉動很快,然后緩慢轉動,說明緩沖器內機油太少了,此時可掀起緩沖器[7]上端的氈墊,緩慢地注入清潔的20#機油. 同時多次拉推手柄[15],[16], 使活塞上下移動多次, 將緩沖器內的空氣全部排除, 直到活塞沉到底時有油從上面溢出為止.
6 用標準硬度塊定期撿查硬度塊精確度.
(1) 將工作臺及標準硬度塊擦干凈, 在硬度塊工作面[有針眼的一面]進行試驗, 決不允許在支承面試驗.
(2) 若示值誤差較大, 除按夲節第四項撿查外, 應撿查標準硬度塊支承面是否有毛刺, 若有毛刺應用油石打光.
(3) 在標準硬度塊不同位置試驗時, 硬度塊應在工作臺上拖動, 而不應拿離工作臺。
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