【讲义】材料力学性能测试_力学性能测试

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材料力学性能测试

【实验目的】

1.了解布氏，维氏硬度计的构造原理；

2.掌握布氏，维氏硬度的实验原理，测定方法及应用范围； 3.掌握布氏硬度值表格的查找。【实验原理】

1、布氏硬度试验

在直径为 D（mm）的淬火钢球上施加规定的载荷 P（公斤力），压入试样表面如图1，保持一定时间后，卸除载荷。用压痕表面积 F 除所承受的平均压力 P，所得之商（公斤/毫米2）表示布氏硬度值，符号为HB，计算公式是：

HBPP2P=

22FπDhπD(DDd)

图1 布氏硬度实验原理图

*布氏硬度广泛用于各种退火状态下的钢材，铸铁，有色金属的试验，也用于调质处理及硬度小于HB450的机器零件的硬度试验。

2、维氏硬度实验

维氏硬度试验是用一个相对面夹角为136º的金刚石正四棱锥体压头，在一定载荷P（公斤力）作用下压入试样表面如图2。

图2 维氏硬度实验原理图

在一般情况下，建议选用30公斤力的载荷。载荷保持时间对黑色金属为10～15秒，对有色金属为30±2秒。

*维氏硬度广泛应用在测定金属薄镀层或化学热处理后表面层的硬度，以及较小工件的硬度试验。

3、显微硬度试验

显微硬度试验原理与维氏硬度完全相同，不过所加载荷更低一些，一般小于200克力。所得压痕对角线长度也只有几微米至几十微米。

*显微硬度试验可用于：测定表面光洁度▽9以上的细小或片状零件的硬度，零件表面薄层硬度及脆性材料硬度；测定金相组织中某个相或组织硬度。

【实验仪器】

HVS-5型数显小负荷维氏硬度计，HB-3000B型布氏硬度计，读数显微镜，各种标准硬度块。不同成分及热处理条件下的钢（40#）和铝材。【实验内容】

1.熟悉各种硬度计的构造原理，操作方法及注意事项。2.测定硬度前用标准硬度块校验硬度计的示值误差。

3.试样在进行硬度测试前，现需要查询相关资料来大致确定硬度值，以便选择合适的硬度测试仪器，避免不必要的仪器损坏。

4.对待测样品进行处理。截取待测样品，注意长短。并对待测样品进行抛光处理。5.选择正确的仪器进行硬度测试，针对不用的试样选择相应的钢球直径和负荷。按操作规则正确操作，并且学会查硬度值表格。

6.多次测量并记录数值，待试验后进行数据处理。【数据处理】

1.相对标准件的硬度值进行示值得误差分析和计算。2.对已记录的硬度值，进行求平均值的计算，及误差的修正。3.对测得的硬度值结果进行合理的分析 【注意事项】

布氏硬度试验时注意事项：

1.试验时应根据材料的预期硬度值，并考虑试样的厚度，按国家标准GB231-63中的试验规范来选择钢球直径D,载荷P和加载时t，测得压痕直径d后按上式计算或查表。压痕直径d必须在0.25D～0.6D范围内，否则试验无效，应另选规范再行试验。

2.试验时为防止压痕周围因塑性变形产生形变硬化而影响实验结果，一般规定压痕中心距试样边缘距离应不小于压痕直径的2.5倍，相邻两压痕中心的距离应不小于压痕直径的4倍。对硬度低的材料此距离还应增大。

3.为使压痕清晰以保证测量精确，试样表面应尽可能光洁。

4.试样表面的压痕直径用读数显微镜测量，应从相互垂直的方向各测一次，取其算数平均值。其测量精确度：当用直径为10毫米或5毫米的钢球试验时为0.02毫米，当用直径为2.5毫米钢球时应达到0.01毫米。维氏硬度试验时注意事项：

1.测定维氏硬度的试样其表面应精心制备，光洁度不低于▽9。2.在制备过程中应防止因过热或加工硬化而改变金属的硬度值。

3.试验时，压痕中心与试样边缘的距离或两压痕中心的距离，对黑色金属应不小于压痕平均对角线的2.5倍，对有色金属应不小于5倍。

4.试验时每个试样至少测定三点硬度取其算术平均值。压痕的对角线长度以两对角线长度的平均值计算。其测量精度为：当压痕对角线长≦0.2毫米时，允许测量误差为±0.001毫米，当压痕对角线长﹥0.2毫米时，允许测量误差为±0.5％。如果压痕形状不规则，必须重作试验。测出压痕平均对角线长度后，将其代入公式或查表求出HV值。HV值应附以相应的下标，注明试验载荷值 【思考题】

1.布氏硬度计、维氏硬度计的分别适合测试哪些材料的硬度值？40#钢适合用哪种硬度计测量硬度值？

2.布氏硬度计、维氏硬度计使用时有哪些注意事项？