一,实验目的
1,了解布氏,洛氏硬度计的构造及使用方法.
2,掌握布氏硬度值及洛氏硬度值的测定方法.
3,了解焊接接头三个区域即焊缝,热影响区,母材的硬度差别.
二,实验原理
硬度是指材料在另一较硬的物体压入表面抵抗塑性变形的一种能力,是重要的力学性能指标之一.与其它力学性能相比,硬度实验简单易行,又无损于工件,因此在工业生产中被广泛应用.常用的硬度实验有布氏硬度和洛氏硬度试验法.
(一)布氏硬度试验
(1)原理:用载荷P把直径为D的淬火钢球压人试件表面,并保持一定时间,而后卸除载荷,测量钢球在试样表面上所压出的压痕直径d,从而计算出压痕球面积A,然后再计算出单位面积所受的力(P/A值),用此数字表示试件的硬度值,即为布氏硬度,用符号HB表示.设压痕深度为h,则压痕的球面积为:
A=πDh=πd
式中P——施加的载荷,kg;
D——压头(钢球)直径mm;
A——压痕面积,mm2;
d——压痕直径,mm.
但实验时,是根据d值查表求硬度值.
1.电源开关;2.加力指示灯;3.电源指示灯;4.加力开关;5.压紧螺钉;6.圆盘;7.减速器;
8.曲柄;9.换向开关;10.砝码;11.连杆;12.大杠杆;13.吊环;14.机体;15.小杠杆;16.弹簧;17.压轴;18.主轴衬;19.摇杆;20.压头;21.可更换工作台;22.工作台立柱;23.螺杆;24.升降手轮;25.螺母;26.套筒;27.电动机
(2)测试:布氏硬度试验是在布氏硬度试验机(图1)上进行.当F/D2的比值保持一定时,能使同一材料所的布氏硬度值相同,不同材料的硬度值可以比较.故在进行布氏硬度试验时,应根据材料和布氏硬度值范围选择F/D2的值.最后用读数显微镜测出压痕直径d.根据d查表求得布氏硬度值.
(二)洛氏硬度试验
(1)原理:洛氏硬度试验是用特殊的压头(金刚石压头或钢球压头)在先后施加的两个载荷(预载荷和总载荷)的作用下压入金属表面来进行的.总载荷P为预载荷P0和主要载荷P1之和,即
P=P0+P1
洛氏硬度值是施加总载荷P并卸除主载荷P1引起的残余压入深度e来计算.h0表示在预载荷P0作用下,压头压入被试材料的深度;h1表示施加总载荷P并卸除主载荷P1,但仍保留预载荷P0时,压头压入被试材料的深度.
深度差e=h1+h0,该值用来表示被测材料硬度的高低.在实际应用中,为了使硬材料测出的硬度值比软材料的硬度值高,并符合一般的习惯,将被测材料的硬度值用公式加以适当变换,即
HR=K-(h1-h0)/C
试中K――常数,其值在采用金刚石压头时为0.2,采用钢球压头时为0.26;
C——常数,代表指示器读数盘每一刻度相当于压头压入被测材料的深度,其值为0.002mm;
HR——标注洛氏硬度的符号,当采用金刚石压头及150kg的总载荷时应标注HRC,当采用钢球压头及100kg,总载荷试验时,则应标注HRB.
HR值为一无名数,测量时可直接由硬度计表盘读出,表盘上有红、黑两种刻度,红线刻度的30和黑线刻度的0相重合.
(2)测试:洛氏硬度试验是将顶角为120°金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压头,在一定载荷F作用下压入被测金属表面,保持一定时间后卸掉载荷.根据压痕的深度h确定被测金属的硬度值.根据所加的载荷和压头不同,洛氏硬度值有三种标度:HRA,HRB,HRC.
1.指示器;2.加载手柄;3.缓冲器;4.砝码座;5,6.砝码;7.吊杆;
8.吊套;9.机体;10.加载杠杆;11.顶杆;12.刻度盘;13.主轴;
14.压头;15.试样;16.工作台;17.升降丝杠;18.手轮
洛氏硬度试验是在洛氏硬度机上进行,如图2所示.
三,实验步骤
(一)试样准备
将对接接头如图3制备试样,按图中所示逐个点进行检测;
(二)布氏硬度试验
1,清理试样表面,并根据试样的材料,厚度和硬度范围选择钢球压头直径D,载荷F及保载时间.
2,放在硬度计工作台上,按布氏硬度计的操作规程进行试验,在试样表面产生一个压痕.移动试样重做一次试验,产生第二个压痕.
3,取下试样,用读数显微镜在相互垂直方向上测量压痕直径d,并根据d查表求出试样的布氏硬度值.
(三)洛氏硬度试验
1,清理试样表面,并根据试样的材料,形状,选择压头,载荷和工作台.
2,把试样放在工作台上,按洛氏硬度计的操作规程进行试验.前后共测三点,取其平均值为洛氏硬度值.
四,实验注意事项
(1)试样两端要平行,表面要平整,若有油污或氧化皮,可用砂纸打磨,以免影响测定.
(2)圆柱形试样应放在带有"V"形槽的工作台上操作,以防试样滚动.
(3)加载时应细心操作,以免损坏压头.
(4)测完硬度值,卸掉载荷后,必须使压头完全离开试样后再取下试样.
(5)金刚钻压头系贵重物品,资硬而脆,使用时要小心谨慎,严禁与试样或其它物件碰撞.
(6)应根据硬度实验机的使用范围,按规定合理选用不同的载荷和压头,超过使用范围,将不能获得准确的硬度值.