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材料硬度測(cè)定
一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、金屬布氏硬度實(shí)驗(yàn)。
2、金屬洛氏硬度實(shí)驗(yàn)。
3、金屬維氏硬度實(shí)驗(yàn)和顯微維氏硬度實(shí)驗(yàn)。
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?br>該實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生熟悉金屬布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的使用方法，鞏固硬度試驗(yàn)方
法的理論知識(shí)，掌握各種硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及注意事項(xiàng)。要求學(xué)生具有踏實(shí)的理
論知識(shí)，同時(shí)也具有嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的作風(fēng)。
三、實(shí)驗(yàn)條件及要求
（一）實(shí)驗(yàn)條件
布氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)、維氏硬度計(jì)和顯維硬度計(jì)，讀數(shù)放大鏡，標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。
推薦試樣用材：灰鑄鐵、硬質(zhì)合金、經(jīng)滲氮后的 38CrMoAl、經(jīng)滲碳淬火后的20 鋼、
經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的45 鋼、淬火低溫回火的T12 鋼、黃銅。
（二）要求
制備試樣過(guò)程中不得使試樣因冷、熱加工影響試驗(yàn)面原來(lái)的硬度。試驗(yàn)面應(yīng)為光滑的
平面，不應(yīng)有氧化皮及污物，試驗(yàn)面的粗糙度因試驗(yàn)方法不同而不同：測(cè)布氏硬度、洛氏硬
度時(shí)，Ra≤0.8μm；測(cè)維氏硬度時(shí)，Ra≤0.2μm；測(cè)小負(fù)荷維氏硬度和顯維硬度時(shí)，Ra≤
0.1μm、如果測(cè)定相的硬度時(shí)，試驗(yàn)面應(yīng)進(jìn)行拋光和腐蝕制成金相試樣。
試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保證試驗(yàn)力垂直作用于試驗(yàn)面上，保證試驗(yàn)面不產(chǎn)生變形、撓曲和振動(dòng)。
試驗(yàn)應(yīng)在10～35℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
不同硬度試驗(yàn)對(duì)試樣及試驗(yàn)操作尚有具體要求。
四、實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)
1、硬度試驗(yàn)原理。
2、對(duì)試樣的要求。
3、硬度試驗(yàn)方法的選擇。
4、各種硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及注意事項(xiàng)。
5、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得。
6、不同硬度試驗(yàn)方法的關(guān)系。
五、實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟
（一）金屬布氏硬度試驗(yàn)
金屬布氏硬度值是單位壓痕表面積所承受的外力。
1、試驗(yàn)規(guī)范的選擇
布氏硬度試驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)試材料的硬度和試樣厚度選擇試驗(yàn)規(guī)范，即壓頭材料與直徑、
F/D2 值、試驗(yàn)力F 及試驗(yàn)力保持時(shí)間t。
1）壓頭材料與直徑的選擇 壓頭有淬火鋼球和硬質(zhì)合金球兩種。淬火鋼球適用于測(cè)
量450HBS 以下材料（如熱軋或正火、退火鋼材，灰鑄鐵，有色金屬及其合金等）的硬度，
硬質(zhì)合金壓頭適用于測(cè)量450HBS 以上材料（如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼）的硬度。
球體直徑D 的選擇按GB231-2003《金屬布氏硬度試驗(yàn)方法》有五種，即10mm、5mm、
2.5mm、2mm 和1mm。壓頭直徑可根據(jù)試樣厚度選擇，見(jiàn)壓頭直徑、壓痕平均直徑與試樣最小
厚度關(guān)系表。選擇壓頭直徑時(shí)，在試樣厚度允許的條件下盡量選用10mm 球體作壓頭，以便
得到較大的壓痕，使所測(cè)的硬度值具有代表性和重復(fù)性，從而更充分地反映出金屬的平均硬
度。
2）F/D2、試驗(yàn)力F 及試驗(yàn)力的選擇 F/D2 比值有七種：30、15、10、5、2.5、1.25
和1，其值主要根據(jù)試驗(yàn)材料的種類(lèi)及其硬度范圍來(lái)選擇。
球體直徑D 和F/D2 比值確定后，試驗(yàn)力F 也就確定了。
試驗(yàn)須保證壓痕直徑d 在（0.24～0.6）D 范圍內(nèi)，試樣厚度為壓痕深度10 倍以上。
3）試驗(yàn)力保持時(shí)間t 的選擇 試驗(yàn)力保持時(shí)間t 主要根據(jù)試樣材料的硬度來(lái)選擇。
黑色金屬：t＝10～15s；有色金屬：t＝（30±2）s；<35HBS 的材料：t＝（60±2）s。
2、布氏硬度試驗(yàn)過(guò)程
1）試驗(yàn)前，應(yīng)使用與試樣硬度相近的二等標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度塊對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行校對(duì)，即在硬
度塊上不同部位測(cè)試五個(gè)點(diǎn)的硬度，取其平均值，其值不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)硬度塊硬度值的±3％方
可進(jìn)行試驗(yàn)，否則應(yīng)對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行調(diào)整、修理。
2）接通電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。將試樣安放在試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使工作臺(tái)慢慢
上升，使試樣與壓頭緊密接觸，直至手輪與螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。同時(shí)應(yīng)保證試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)
力作用方向與試驗(yàn)面垂直，試樣不發(fā)生傾斜、移動(dòng)、振動(dòng)。
啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)，在施力指示燈亮的同時(shí)迅速擰緊壓緊螺釘，使圓盤(pán)隨曲柄一起回轉(zhuǎn)，
直至自動(dòng)反向轉(zhuǎn)動(dòng)為止，施力指示燈熄滅。從施力指示燈亮到熄滅的時(shí)間為試驗(yàn)力保持時(shí)間，
轉(zhuǎn)動(dòng)手輪取下試樣。
3）用讀數(shù)顯微鏡在兩個(gè)互相垂直的方向測(cè)量出試樣表面的壓痕直徑d1 。
4）重復(fù)以上操作，至少測(cè)三個(gè)點(diǎn)，取壓痕直徑的算術(shù)平均值作為壓痕直徑d。
5）根據(jù)壓痕直徑d 計(jì)算或查表求得布氏硬度值。
測(cè)量布氏硬度時(shí)，應(yīng)保證：試樣厚度至少為壓痕深度的10 倍，試驗(yàn)后支撐面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)
變形痕跡；壓痕中心至試樣邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕平均直徑的2.5 倍；兩相鄰壓痕中心距
離不小于壓痕平均直徑的4 倍；當(dāng)試樣硬度小于35HBS 時(shí)，上述距離分別為壓痕平均直徑的
3 倍和6 倍。
（二）金屬洛氏硬度試驗(yàn)
1、金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法
金屬洛氏硬度試驗(yàn)常用的三種標(biāo)尺HRA、HRB、HRC 的壓頭有兩種：頂角為120o的金剛
石圓錐體和Ф1.588mm（1/16″）的淬火鋼球。所施加的外力有兩類(lèi)：初試驗(yàn)力（98.1N）和
主試驗(yàn)力。初試驗(yàn)力是為了使壓頭與試驗(yàn)表面緊密接觸，避免因試樣表面不平整而影響試驗(yàn)
結(jié)果的準(zhǔn)確性，主試驗(yàn)力使試樣表面產(chǎn)生所需壓痕。試驗(yàn)時(shí)先施加初試驗(yàn)力，然后施加主試
驗(yàn)力。卸除主試驗(yàn)力后，將會(huì)在試樣表面上留下主試驗(yàn)力引起的塑性變形而產(chǎn)生的壓痕。如
壓痕深度為h，則洛氏硬度值為：HR=k-(h/0.002)=k-e, k 值因壓頭不同而異：金剛石圓錐
體壓頭時(shí)，k＝100；淬火鋼球壓頭。K＝130。
洛氏硬度三種標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用見(jiàn)教材相關(guān)表格。
2、金屬洛氏硬度試驗(yàn)過(guò)程
1）試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行校對(duì)，方法與布氏硬度計(jì)的校對(duì)方法相同。要求平均硬度
值不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值的±1％～1.5％時(shí)，方可進(jìn)行試驗(yàn)，否則，應(yīng)對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行調(diào)整、修
理。
2）將試樣穩(wěn)定地放置在試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)硬度計(jì)手輪使工作臺(tái)和試樣一起上升，
試樣表面與壓頭接觸后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，度盤(pán)指針開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明已開(kāi)始施加初試驗(yàn)力，至
98.1N（10kgf，指針達(dá)到規(guī)定標(biāo)志）時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)手輪。
3）調(diào)整表盤(pán)使指針指向零點(diǎn)（測(cè)HRB 時(shí)對(duì)準(zhǔn)“30” ）時(shí)后，在4～8s 內(nèi)施加完主應(yīng)
力。
4）試驗(yàn)力的保持時(shí)間以指針基本停止移動(dòng)為準(zhǔn)開(kāi)始計(jì)算時(shí)間，其時(shí)間推薦如下：施加
試驗(yàn)力后不隨試樣繼續(xù)變形的試樣，保持時(shí)間為≤2s；加試驗(yàn)力后隨時(shí)間慢慢變形的試樣，
保持時(shí)間為6～8s；加試驗(yàn)力后隨時(shí)間有明顯變形的試樣，保持時(shí)間為20～25s。
5）在2s 內(nèi)平穩(wěn)地卸除主試驗(yàn)力，保持初試驗(yàn)力。
6）從相應(yīng)的標(biāo)尺刻度上讀出硬度值，精確度應(yīng)為0.5 刻度。
7）重復(fù)以上操作，對(duì)每個(gè)試樣的試驗(yàn)次數(shù)不得少于4 次（第一次不計(jì)）。
8）采用讀數(shù)范圍作為硬度值或采用讀數(shù)的算術(shù)平均值作為硬度值。
測(cè)量試樣的洛氏硬度值時(shí)，每次更換壓頭、載物臺(tái)或支座后的最初兩次試驗(yàn)結(jié)果不能
采用。保證相鄰壓痕中心距及壓痕中心至邊緣距離均不小于3mm。
（三）金屬維氏硬度試驗(yàn)
1、金屬維氏硬度試驗(yàn)方法
金屬維氏硬度試驗(yàn)方法與布氏硬度試驗(yàn)方法基本相同，也是根據(jù)壓痕單位表面積所承
受的試驗(yàn)力來(lái)表示硬度值，不同之處是維氏硬度試驗(yàn)所用壓頭是兩對(duì)面夾角為136o的金剛
石正四棱錐體。對(duì)試樣施力后，將在試樣表層壓出一個(gè)正四棱錐形的壓痕，保持規(guī)定時(shí)間卸
除試驗(yàn)力后，測(cè)量壓痕表面正方形（實(shí)際情況下可能為菱形等形狀）的對(duì)角線長(zhǎng)度d1、d2，
取其算術(shù)平均值d(d=( d1+d2)/2),由d 值可通過(guò)計(jì)算或查表可得維氏硬度值。
1）試驗(yàn)方法及試驗(yàn)力的選擇
維氏硬度試驗(yàn)常用試驗(yàn)力范圍為49.03～980.7N。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)材料的預(yù)期硬度、試樣
厚度、試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行選擇。盡可能選用較大試驗(yàn)力，以減小壓痕尺寸的測(cè)量誤差。
2）試驗(yàn)力保持時(shí)間的選擇 試驗(yàn)力保持時(shí)間因材料不同而異：黑色金屬為10～15s；
有色金屬為（30±2）s。
2、金屬維氏硬度試驗(yàn)過(guò)程
1）試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作
估計(jì)或驗(yàn)證試樣或試驗(yàn)層厚度至少為壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度的1.5 倍。
對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行檢查。在沒(méi)有安裝試樣的狀態(tài)下啟動(dòng)硬度計(jì)，檢查各部位的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，
然后用二等標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢查硬度計(jì)的示值精度是否在允許范圍內(nèi)（±3％硬度塊示值），如果
超差時(shí)，應(yīng)排除故障后方能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
試驗(yàn)力的選擇應(yīng)根據(jù)試樣厚度、預(yù)計(jì)硬度值及硬化層深度來(lái)選擇。為得到精確的試驗(yàn)
結(jié)果，應(yīng)盡量選用較大的試驗(yàn)力，但試樣硬度大于500HV 時(shí)，不允許選用大于490.3（50kgf）
的試驗(yàn)力，以免損壞壓頭。
當(dāng)測(cè)定金屬表面處理后的硬度時(shí)，表面處理層越薄，應(yīng)選擇越小的試驗(yàn)力。如不知道
表面層硬度時(shí)，可選擇不同級(jí)別的試驗(yàn)力由小級(jí)別到大級(jí)別進(jìn)行嘗試性試驗(yàn)，直到兩級(jí)試驗(yàn)
力測(cè)出的硬度值基本相等為止，并選用小一級(jí)試驗(yàn)力進(jìn)行正常實(shí)驗(yàn)。
2）維氏硬度試驗(yàn)過(guò)程
選擇試驗(yàn)力；接通電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)；根據(jù)所需試驗(yàn)力，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使所需試驗(yàn)力數(shù)
字對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；將試樣放在工作臺(tái)上，試驗(yàn)力施加時(shí)間為2～8s，此時(shí)指示燈亮，試驗(yàn)力保持
一段時(shí)間（黑色金屬為10～15s；有色金屬為（30±2）s），卸除試驗(yàn)力，指示燈熄滅；轉(zhuǎn)
動(dòng)手輪使實(shí)驗(yàn)表面脫離金剛石壓頭（約7mm）；轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)手柄使物鏡對(duì)準(zhǔn)壓痕，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪至
能在測(cè)微目鏡中看到清晰的壓痕為止；測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度，取其算術(shù)平均值即為壓痕對(duì)
角線長(zhǎng)度；根據(jù)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度和所用試驗(yàn)力在維氏硬度換算表中查出硬度值；重復(fù)上述步
驟，每個(gè)試樣至少測(cè)量三個(gè)點(diǎn)，且兩相鄰壓痕中心距和任一壓痕中心距試樣邊緣距離是：黑
色金屬，≥2.5d；有色金屬，≥5d；同時(shí)同一壓痕對(duì)角線d1、d2，之差不超過(guò)短對(duì)角線長(zhǎng)度
的2％。
3）顯微維氏硬度試樣過(guò)程
制備試樣；調(diào)節(jié)顯微硬度計(jì)底座下面的螺釘，使圓水泡居中，將儀器的工作臺(tái)處于水
平位置；根據(jù)材料的情況選擇合適的試驗(yàn)力和保持時(shí)間；接通電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)；將試樣放在
工作臺(tái)上，使之在顯微鏡的物鏡下，轉(zhuǎn)動(dòng)升降手柄，調(diào)整焦距，并轉(zhuǎn)動(dòng)縱、橫向微分筒，在
視場(chǎng)里找出待測(cè)區(qū)域；通過(guò)手柄移動(dòng)工作臺(tái)至壓頭下（移動(dòng)時(shí)試樣不要活動(dòng)）；施加試驗(yàn)力，
試驗(yàn)力的施加時(shí)間不大于10s，保持10～15s；卸除試驗(yàn)力，將工作臺(tái)輕輕移至顯微鏡的物
鏡下（移動(dòng)時(shí)不要讓試樣活動(dòng)）；測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，調(diào)整縱、橫微分筒和測(cè)微目鏡的鼓
輪，使壓痕的棱角和目鏡中十字交叉線中心精確地重合，讀出所測(cè)數(shù)值，然后轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪使十
字交叉線中心對(duì)準(zhǔn)壓痕的對(duì)面棱角（有時(shí)楞邊不是一直線，而是一曲線時(shí)，應(yīng)以棱角頂點(diǎn)為
準(zhǔn)），讀出所測(cè)數(shù)值。兩值之差即為壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，根據(jù)放大倍數(shù)求出壓痕對(duì)角線實(shí)際長(zhǎng)
度；根據(jù)試驗(yàn)力、對(duì)角線長(zhǎng)度在顯微維氏硬度換算表中查出硬度值；重復(fù)上述步驟，每個(gè)試
樣一般不少于3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)對(duì)角線長(zhǎng)度時(shí)測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到0.4％或0.2μm，相鄰兩壓痕中
心距離和壓痕中心至試樣邊緣應(yīng)大于2.5d(d 以大壓痕的對(duì)角線計(jì)算)。
六、思考問(wèn)題
1、三種硬度試驗(yàn)方法的測(cè)量原理有何不同？
2、三種硬度試驗(yàn)方法的應(yīng)用范圍分別是什么？
3、金屬布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的操作注意事項(xiàng)有何不同？
4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是如何獲得的？三種硬度試驗(yàn)方法獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的途徑有何不同？
5、如何表示硬度數(shù)值？
七、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定辦法
1、現(xiàn)場(chǎng)觀察能力方面：20 分。
2、現(xiàn)場(chǎng)記錄和資料搜集方面：20 分。
3、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決問(wèn)題能力方面：20 分。
4、動(dòng)手操作和現(xiàn)場(chǎng)回答問(wèn)題方面：20 分。
5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)效果方面：20 分。
一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、金屬布氏硬度實(shí)驗(yàn)。
2、金屬洛氏硬度實(shí)驗(yàn)。
3、金屬維氏硬度實(shí)驗(yàn)和顯微維氏硬度實(shí)驗(yàn)。
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?br>該實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生熟悉金屬布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的使用方法，鞏固硬度試驗(yàn)方
法的理論知識(shí)，掌握各種硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及注意事項(xiàng)。要求學(xué)生具有踏實(shí)的理
論知識(shí)，同時(shí)也具有嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的作風(fēng)。
三、實(shí)驗(yàn)條件及要求
（一）實(shí)驗(yàn)條件
布氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)、維氏硬度計(jì)和顯維硬度計(jì)，讀數(shù)放大鏡，標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。
推薦試樣用材：灰鑄鐵、硬質(zhì)合金、經(jīng)滲氮后的 38CrMoAl、經(jīng)滲碳淬火后的20 鋼、
經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的45 鋼、淬火低溫回火的T12 鋼、黃銅。
（二）要求
制備試樣過(guò)程中不得使試樣因冷、熱加工影響試驗(yàn)面原來(lái)的硬度。試驗(yàn)面應(yīng)為光滑的
平面，不應(yīng)有氧化皮及污物，試驗(yàn)面的粗糙度因試驗(yàn)方法不同而不同：測(cè)布氏硬度、洛氏硬
度時(shí)，Ra≤0.8μm；測(cè)維氏硬度時(shí)，Ra≤0.2μm；測(cè)小負(fù)荷維氏硬度和顯維硬度時(shí)，Ra≤
0.1μm、如果測(cè)定相的硬度時(shí)，試驗(yàn)面應(yīng)進(jìn)行拋光和腐蝕制成金相試樣。
試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保證試驗(yàn)力垂直作用于試驗(yàn)面上，保證試驗(yàn)面不產(chǎn)生變形、撓曲和振動(dòng)。
試驗(yàn)應(yīng)在10～35℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
不同硬度試驗(yàn)對(duì)試樣及試驗(yàn)操作尚有具體要求。
四、實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)
1、硬度試驗(yàn)原理。
2、對(duì)試樣的要求。
3、硬度試驗(yàn)方法的選擇。
4、各種硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及注意事項(xiàng)。
5、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得。
6、不同硬度試驗(yàn)方法的關(guān)系。
五、實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟
（一）金屬布氏硬度試驗(yàn)
金屬布氏硬度值是單位壓痕表面積所承受的外力。
1、試驗(yàn)規(guī)范的選擇
布氏硬度試驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)試材料的硬度和試樣厚度選擇試驗(yàn)規(guī)范，即壓頭材料與直徑、
F/D2 值、試驗(yàn)力F 及試驗(yàn)力保持時(shí)間t。
1）壓頭材料與直徑的選擇 壓頭有淬火鋼球和硬質(zhì)合金球兩種。淬火鋼球適用于測(cè)
量450HBS 以下材料（如熱軋或正火、退火鋼材，灰鑄鐵，有色金屬及其合金等）的硬度，
硬質(zhì)合金壓頭適用于測(cè)量450HBS 以上材料（如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼）的硬度。
球體直徑D 的選擇按GB231-2003《金屬布氏硬度試驗(yàn)方法》有五種，即10mm、5mm、
2.5mm、2mm 和1mm。壓頭直徑可根據(jù)試樣厚度選擇，見(jiàn)壓頭直徑、壓痕平均直徑與試樣最小
厚度關(guān)系表。選擇壓頭直徑時(shí)，在試樣厚度允許的條件下盡量選用10mm 球體作壓頭，以便
得到較大的壓痕，使所測(cè)的硬度值具有代表性和重復(fù)性，從而更充分地反映出金屬的平均硬
度。
2）F/D2、試驗(yàn)力F 及試驗(yàn)力的選擇 F/D2 比值有七種：30、15、10、5、2.5、1.25
和1，其值主要根據(jù)試驗(yàn)材料的種類(lèi)及其硬度范圍來(lái)選擇。
球體直徑D 和F/D2 比值確定后，試驗(yàn)力F 也就確定了。
試驗(yàn)須保證壓痕直徑d 在（0.24～0.6）D 范圍內(nèi)，試樣厚度為壓痕深度10 倍以上。
3）試驗(yàn)力保持時(shí)間t 的選擇 試驗(yàn)力保持時(shí)間t 主要根據(jù)試樣材料的硬度來(lái)選擇。
黑色金屬：t＝10～15s；有色金屬：t＝（30±2）s；<35HBS 的材料：t＝（60±2）s。
2、布氏硬度試驗(yàn)過(guò)程
1）試驗(yàn)前，應(yīng)使用與試樣硬度相近的二等標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度塊對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行校對(duì)，即在硬
度塊上不同部位測(cè)試五個(gè)點(diǎn)的硬度，取其平均值，其值不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)硬度塊硬度值的±3％方
可進(jìn)行試驗(yàn)，否則應(yīng)對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行調(diào)整、修理。
2）接通電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。將試樣安放在試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使工作臺(tái)慢慢
上升，使試樣與壓頭緊密接觸，直至手輪與螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。同時(shí)應(yīng)保證試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)
力作用方向與試驗(yàn)面垂直，試樣不發(fā)生傾斜、移動(dòng)、振動(dòng)。
啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)，在施力指示燈亮的同時(shí)迅速擰緊壓緊螺釘，使圓盤(pán)隨曲柄一起回轉(zhuǎn)，
直至自動(dòng)反向轉(zhuǎn)動(dòng)為止，施力指示燈熄滅。從施力指示燈亮到熄滅的時(shí)間為試驗(yàn)力保持時(shí)間，
轉(zhuǎn)動(dòng)手輪取下試樣。
3）用讀數(shù)顯微鏡在兩個(gè)互相垂直的方向測(cè)量出試樣表面的壓痕直徑d1 。
4）重復(fù)以上操作，至少測(cè)三個(gè)點(diǎn)，取壓痕直徑的算術(shù)平均值作為壓痕直徑d。
5）根據(jù)壓痕直徑d 計(jì)算或查表求得布氏硬度值。
測(cè)量布氏硬度時(shí)，應(yīng)保證：試樣厚度至少為壓痕深度的10 倍，試驗(yàn)后支撐面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)
變形痕跡；壓痕中心至試樣邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕平均直徑的2.5 倍；兩相鄰壓痕中心距
離不小于壓痕平均直徑的4 倍；當(dāng)試樣硬度小于35HBS 時(shí)，上述距離分別為壓痕平均直徑的
3 倍和6 倍。
（二）金屬洛氏硬度試驗(yàn)
1、金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法
金屬洛氏硬度試驗(yàn)常用的三種標(biāo)尺HRA、HRB、HRC 的壓頭有兩種：頂角為120o的金剛
石圓錐體和Ф1.588mm（1/16″）的淬火鋼球。所施加的外力有兩類(lèi)：初試驗(yàn)力（98.1N）和
主試驗(yàn)力。初試驗(yàn)力是為了使壓頭與試驗(yàn)表面緊密接觸，避免因試樣表面不平整而影響試驗(yàn)
結(jié)果的準(zhǔn)確性，主試驗(yàn)力使試樣表面產(chǎn)生所需壓痕。試驗(yàn)時(shí)先施加初試驗(yàn)力，然后施加主試
驗(yàn)力。卸除主試驗(yàn)力后，將會(huì)在試樣表面上留下主試驗(yàn)力引起的塑性變形而產(chǎn)生的壓痕。如
壓痕深度為h，則洛氏硬度值為：HR=k-(h/0.002)=k-e, k 值因壓頭不同而異：金剛石圓錐
體壓頭時(shí)，k＝100；淬火鋼球壓頭。K＝130。
洛氏硬度三種標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用見(jiàn)教材相關(guān)表格。
2、金屬洛氏硬度試驗(yàn)過(guò)程
1）試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行校對(duì)，方法與布氏硬度計(jì)的校對(duì)方法相同。要求平均硬度
值不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值的±1％～1.5％時(shí)，方可進(jìn)行試驗(yàn)，否則，應(yīng)對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行調(diào)整、修
理。
2）將試樣穩(wěn)定地放置在試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)硬度計(jì)手輪使工作臺(tái)和試樣一起上升，
試樣表面與壓頭接觸后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，度盤(pán)指針開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明已開(kāi)始施加初試驗(yàn)力，至
98.1N（10kgf，指針達(dá)到規(guī)定標(biāo)志）時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)手輪。
3）調(diào)整表盤(pán)使指針指向零點(diǎn)（測(cè)HRB 時(shí)對(duì)準(zhǔn)“30” ）時(shí)后，在4～8s 內(nèi)施加完主應(yīng)
力。
4）試驗(yàn)力的保持時(shí)間以指針基本停止移動(dòng)為準(zhǔn)開(kāi)始計(jì)算時(shí)間，其時(shí)間推薦如下：施加
試驗(yàn)力后不隨試樣繼續(xù)變形的試樣，保持時(shí)間為≤2s；加試驗(yàn)力后隨時(shí)間慢慢變形的試樣，
保持時(shí)間為6～8s；加試驗(yàn)力后隨時(shí)間有明顯變形的試樣，保持時(shí)間為20～25s。
5）在2s 內(nèi)平穩(wěn)地卸除主試驗(yàn)力，保持初試驗(yàn)力。
6）從相應(yīng)的標(biāo)尺刻度上讀出硬度值，精確度應(yīng)為0.5 刻度。
7）重復(fù)以上操作，對(duì)每個(gè)試樣的試驗(yàn)次數(shù)不得少于4 次（第一次不計(jì)）。
8）采用讀數(shù)范圍作為硬度值或采用讀數(shù)的算術(shù)平均值作為硬度值。
測(cè)量試樣的洛氏硬度值時(shí)，每次更換壓頭、載物臺(tái)或支座后的最初兩次試驗(yàn)結(jié)果不能
采用。保證相鄰壓痕中心距及壓痕中心至邊緣距離均不小于3mm。
（三）金屬維氏硬度試驗(yàn)
1、金屬維氏硬度試驗(yàn)方法
金屬維氏硬度試驗(yàn)方法與布氏硬度試驗(yàn)方法基本相同，也是根據(jù)壓痕單位表面積所承
受的試驗(yàn)力來(lái)表示硬度值，不同之處是維氏硬度試驗(yàn)所用壓頭是兩對(duì)面夾角為136o的金剛
石正四棱錐體。對(duì)試樣施力后，將在試樣表層壓出一個(gè)正四棱錐形的壓痕，保持規(guī)定時(shí)間卸
除試驗(yàn)力后，測(cè)量壓痕表面正方形（實(shí)際情況下可能為菱形等形狀）的對(duì)角線長(zhǎng)度d1、d2，
取其算術(shù)平均值d(d=( d1+d2)/2),由d 值可通過(guò)計(jì)算或查表可得維氏硬度值。
1）試驗(yàn)方法及試驗(yàn)力的選擇
維氏硬度試驗(yàn)常用試驗(yàn)力范圍為49.03～980.7N。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)材料的預(yù)期硬度、試樣
厚度、試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行選擇。盡可能選用較大試驗(yàn)力，以減小壓痕尺寸的測(cè)量誤差。
2）試驗(yàn)力保持時(shí)間的選擇 試驗(yàn)力保持時(shí)間因材料不同而異：黑色金屬為10～15s；
有色金屬為（30±2）s。
2、金屬維氏硬度試驗(yàn)過(guò)程
1）試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作
估計(jì)或驗(yàn)證試樣或試驗(yàn)層厚度至少為壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度的1.5 倍。
對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行檢查。在沒(méi)有安裝試樣的狀態(tài)下啟動(dòng)硬度計(jì)，檢查各部位的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，
然后用二等標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢查硬度計(jì)的示值精度是否在允許范圍內(nèi)（±3％硬度塊示值），如果
超差時(shí)，應(yīng)排除故障后方能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
試驗(yàn)力的選擇應(yīng)根據(jù)試樣厚度、預(yù)計(jì)硬度值及硬化層深度來(lái)選擇。為得到精確的試驗(yàn)
結(jié)果，應(yīng)盡量選用較大的試驗(yàn)力，但試樣硬度大于500HV 時(shí)，不允許選用大于490.3（50kgf）
的試驗(yàn)力，以免損壞壓頭。
當(dāng)測(cè)定金屬表面處理后的硬度時(shí)，表面處理層越薄，應(yīng)選擇越小的試驗(yàn)力。如不知道
表面層硬度時(shí)，可選擇不同級(jí)別的試驗(yàn)力由小級(jí)別到大級(jí)別進(jìn)行嘗試性試驗(yàn)，直到兩級(jí)試驗(yàn)
力測(cè)出的硬度值基本相等為止，并選用小一級(jí)試驗(yàn)力進(jìn)行正常實(shí)驗(yàn)。
2）維氏硬度試驗(yàn)過(guò)程
選擇試驗(yàn)力；接通電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)；根據(jù)所需試驗(yàn)力，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使所需試驗(yàn)力數(shù)
字對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；將試樣放在工作臺(tái)上，試驗(yàn)力施加時(shí)間為2～8s，此時(shí)指示燈亮，試驗(yàn)力保持
一段時(shí)間（黑色金屬為10～15s；有色金屬為（30±2）s），卸除試驗(yàn)力，指示燈熄滅；轉(zhuǎn)
動(dòng)手輪使實(shí)驗(yàn)表面脫離金剛石壓頭（約7mm）；轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)手柄使物鏡對(duì)準(zhǔn)壓痕，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪至
能在測(cè)微目鏡中看到清晰的壓痕為止；測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度，取其算術(shù)平均值即為壓痕對(duì)
角線長(zhǎng)度；根據(jù)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度和所用試驗(yàn)力在維氏硬度換算表中查出硬度值；重復(fù)上述步
驟，每個(gè)試樣至少測(cè)量三個(gè)點(diǎn)，且兩相鄰壓痕中心距和任一壓痕中心距試樣邊緣距離是：黑
色金屬，≥2.5d；有色金屬，≥5d；同時(shí)同一壓痕對(duì)角線d1、d2，之差不超過(guò)短對(duì)角線長(zhǎng)度
的2％。
3）顯微維氏硬度試樣過(guò)程
制備試樣；調(diào)節(jié)顯微硬度計(jì)底座下面的螺釘，使圓水泡居中，將儀器的工作臺(tái)處于水
平位置；根據(jù)材料的情況選擇合適的試驗(yàn)力和保持時(shí)間；接通電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)；將試樣放在
工作臺(tái)上，使之在顯微鏡的物鏡下，轉(zhuǎn)動(dòng)升降手柄，調(diào)整焦距，并轉(zhuǎn)動(dòng)縱、橫向微分筒，在
視場(chǎng)里找出待測(cè)區(qū)域；通過(guò)手柄移動(dòng)工作臺(tái)至壓頭下（移動(dòng)時(shí)試樣不要活動(dòng)）；施加試驗(yàn)力，
試驗(yàn)力的施加時(shí)間不大于10s，保持10～15s；卸除試驗(yàn)力，將工作臺(tái)輕輕移至顯微鏡的物
鏡下（移動(dòng)時(shí)不要讓試樣活動(dòng)）；測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，調(diào)整縱、橫微分筒和測(cè)微目鏡的鼓
輪，使壓痕的棱角和目鏡中十字交叉線中心精確地重合，讀出所測(cè)數(shù)值，然后轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪使十
字交叉線中心對(duì)準(zhǔn)壓痕的對(duì)面棱角（有時(shí)楞邊不是一直線，而是一曲線時(shí)，應(yīng)以棱角頂點(diǎn)為
準(zhǔn)），讀出所測(cè)數(shù)值。兩值之差即為壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，根據(jù)放大倍數(shù)求出壓痕對(duì)角線實(shí)際長(zhǎng)
度；根據(jù)試驗(yàn)力、對(duì)角線長(zhǎng)度在顯微維氏硬度換算表中查出硬度值；重復(fù)上述步驟，每個(gè)試
樣一般不少于3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)對(duì)角線長(zhǎng)度時(shí)測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到0.4％或0.2μm，相鄰兩壓痕中
心距離和壓痕中心至試樣邊緣應(yīng)大于2.5d(d 以大壓痕的對(duì)角線計(jì)算)。
六、思考問(wèn)題
1、三種硬度試驗(yàn)方法的測(cè)量原理有何不同？
2、三種硬度試驗(yàn)方法的應(yīng)用范圍分別是什么？
3、金屬布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的操作注意事項(xiàng)有何不同？
4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是如何獲得的？三種硬度試驗(yàn)方法獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的途徑有何不同？
5、如何表示硬度數(shù)值？
七、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定辦法
1、現(xiàn)場(chǎng)觀察能力方面：20 分。
2、現(xiàn)場(chǎng)記錄和資料搜集方面：20 分。
3、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決問(wèn)題能力方面：20 分。
4、動(dòng)手操作和現(xiàn)場(chǎng)回答問(wèn)題方面：20 分。
5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)效果方面：20 分。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論