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1、材料硬度试验方法本讲稿第一页，共二十页1.1硬度试验方法分类硬度试验方法分类n静静压压入入试试验验 用用以以测测定定材材料料对对永永久久变变形形的的抗抗 力力。布布氏氏硬硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度n划划痕痕试试验验 测测定定材材料料对对破破裂裂的的抗抗力力。观观察察一一种种材材料料是是否否能能被被另一种材料划痕，另一种材料划痕，马氏划痕硬度、莫氏划痕硬度马氏划痕硬度、莫氏划痕硬度n犁犁槽槽试试验验 将将一一钝钝头头元元件件（通通常常为为金金刚刚石石）以以一一定定的的载载荷荷和和相相似似条条件件下下划划过过表表面面，以以划划痕痕宽宽度度作作为为硬硬度度的的
2、度度量量标标准准。BierbaumBierbaum硬度试验硬度试验 本讲稿第二页，共二十页1.1硬度试验方法分类硬度试验方法分类n 回回跳跳试试验验 或或称称弹弹性性回回跳跳法法，测测定定材材料料对对弹弹性性变变形形的的抗抗力力。使使一一标标准准质质量量和和尺尺寸寸的的物物体体由由试试验验表表面面弹弹回回，取取回跳高度作为硬度标准。肖氏硬度回跳高度作为硬度标准。肖氏硬度n阻阻尼尼试试验验 也也称称摇摇摆摆试试验验，测测定定材材料料对对永永久久变变形形的的抗抗力力。摇摆法硬度摇摆法硬度n磨磨损损试试验验 将将试试样样压压在在一一正正在在转转动动的的圆圆盘盘上上，以以磨磨耗耗率率作为硬度的度量标准
3、作为硬度的度量标准n冲冲蚀蚀试试验验 在在标标准准条条件件下下将将磨磨料料冲冲射射到到试试验验表表面面上上，以在一定时间内损失的材料重量作为硬度的度量标准以在一定时间内损失的材料重量作为硬度的度量标准本讲稿第三页，共二十页1.2静压入硬度试验静压入硬度试验定义：定义：抵抗永久压痕的能力。抵抗永久压痕的能力。原理：原理：在一定的时间间隔里，将硬质压头压入所要在一定的时间间隔里，将硬质压头压入所要 测试的金属表面，然后测量压痕的深度测试的金属表面，然后测量压痕的深度 或大小。或大小。优点：优点：材料的硬度和其他物理特性之间存在着某种材料的硬度和其他物理特性之间存在着某种 关系，是一种非破坏性试验。
4、关系，是一种非破坏性试验。分类：宏观硬度分类：宏观硬度 通常载荷在通常载荷在1KG 1KG 以上以上 显微硬度显微硬度 通常载荷小于通常载荷小于1KG(1g-500g)1KG(1g-500g)纳米硬度纳米硬度 通常在更小的载荷范围通常在更小的载荷范围本讲稿第四页，共二十页l l测量测量将将一一定定直直径径（10mm10mm、5mm5mm、2.5mm2.5mm）的的钢钢球球在在一一定定载载荷荷下下压压入入金金属属,保保持持一定时间后卸载一定时间后卸载,测量压痕直径测量压痕直径,按下列公式计算硬度值按下列公式计算硬度值 HB:HB:P P 负荷负荷 (kgf)(kgf)S S 压痕的球形表面积压痕
5、的球形表面积(mm(mm2 2)D D 钢球直径钢球直径(mm)(mm)d d 压痕直径压痕直径(mm)(mm)h h 压痕深度压痕深度(mm)(mm)压痕直径是在两个相互垂直方向上测量的平均值。压痕直径是在两个相互垂直方向上测量的平均值。1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.1布氏硬度试验布氏硬度试验 (GB231-63)(GB231-63)本讲稿第五页，共二十页对钢铁材料，对钢铁材料，通常负荷采用通常负荷采用 3000kg3000kg，保持时间，保持时间 10 15 s;10 15 s;对软金属，对软金属，负荷可降至负荷可降至500kg500kg。通常硬度和负荷的
6、关系为：通常硬度和负荷的关系为：3000kg BHN 96-6003000kg BHN 96-600 1500kg BHN 48-300 1500kg BHN 48-300 500kg BHN 16-100 500kg BHN 16-100 试样厚度一般不小于压痕深度的试样厚度一般不小于压痕深度的1010倍倍,试验后压痕直径的大小应在试验后压痕直径的大小应在0.25D d 0.6D,0.25D d 0.6D,否则试验结果无效否则试验结果无效.布氏硬度标记例布氏硬度标记例:HB2.5/187.5/10=190 HB2.5/187.5/10=190 表示表示 2.5mm2.5mm钢球钢球 187.
7、5kg187.5kg载荷保持载荷保持10s.10s.HB350 HB350 表示表示 10mm10mm钢球钢球 3000kg3000kg载荷保持载荷保持10s.10s.1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.1布氏硬度试验布氏硬度试验 (GB231-63)(GB231-63)本讲稿第六页，共二十页nl l影响因素影响因素:压头材料压头材料钢球直径钢球直径钢球表面质量钢球表面质量负荷大小负荷大小负荷保持时间负荷保持时间直径测量直径测量试样表面光洁度试样表面光洁度1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.1布氏硬度试验布氏硬度试验 (GB231-63)
8、(GB231-63)本讲稿第七页，共二十页l l测量测量 以以金金刚刚石石圆圆锥锥或或钢钢球球作作压压头头压压入入金金属属表表面面,先先后后两两次次施施加加载载荷荷:初初负负荷荷(通通常常10kg)10kg)及及总总负负荷荷(初初负负荷荷加加主主负负荷荷)6060、100100、150kg,150kg,由两次负荷压痕深度之差由两次负荷压痕深度之差,求得洛氏硬度求得洛氏硬度.洛洛氏氏硬硬度度按按所所选选压压头头和和负负荷荷不不同同分分为为1515种种,以以HRAHRA、HRCHRC、HRBHRB最为常用最为常用 1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.2洛氏硬度试验洛氏硬
9、度试验 (GB230-63)(GB230-63)本讲稿第八页，共二十页 1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.2洛氏硬度试验洛氏硬度试验 (GB230-63)(GB230-63)洛氏硬度HRA HRC HRB 采用压头 金刚石圆锥(120O)金刚石圆锥(120O)1.588mm钢球总负荷60kg150kg100kg常用范围70-8520 6725 100大致相当于维氏硬度390 900240-900 60 240应用薄板、硬质合金表面淬火等淬火钢、调质钢等低中碳钢、退火钢、铜合金、硬铝合金等本讲稿第九页，共二十页l l计算公式计算公式 h h0 0-初负荷作用下的压痕
10、深度初负荷作用下的压痕深度 mm.mm.h h1 1-加上主负荷并卸除加上主负荷并卸除,而保留初负荷时的压痕深度而保留初负荷时的压痕深度 mm.mm.1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.2洛氏硬度试验洛氏硬度试验 (GB230-63)(GB230-63)本讲稿第十页，共二十页l l影响因素影响因素:金刚石圆锥压头角度金刚石圆锥压头角度金刚石圆锥压头顶端的球面半径金刚石圆锥压头顶端的球面半径钢球压头直径钢球压头直径初负荷初负荷 总负荷总负荷 负荷施加速度负荷施加速度测深装置的影响测深装置的影响总负荷保持时间的影响总负荷保持时间的影响.1.3常用的静压入硬度试验方法常用
11、的静压入硬度试验方法-1.3.2洛氏硬度试验洛氏硬度试验 (GB230-63)(GB230-63)本讲稿第十一页，共二十页l l测量测量采用采用136136o o 金刚石正方形角锥体压头。硬度值为所施加的负荷除以金刚石正方形角锥体压头。硬度值为所施加的负荷除以压痕的表面积压痕的表面积 P-P-所施加的负荷所施加的负荷 （kgfkgf）d-d-压痕对角线的平均值压痕对角线的平均值 （mmmm）l l影影响响因因素素:金金刚刚石石压压头头相相对对两两面面夹夹角角、负负荷荷大大小小及及施施加加速速度度 显微镜刻度误差显微镜刻度误差 压痕测量误差压痕测量误差.1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入
12、硬度试验方法-1.3.3 维氏硬度试验维氏硬度试验 本讲稿第十二页，共二十页 显微硬度试验是研究材料表面端面等微观性能的重要方法,在摩擦学研究中得到广泛的应用.例如在测量微区硬度涂层硬度硬化层及扩散层的厚度等方面.1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.4显微硬度试验显微硬度试验本讲稿第十三页，共二十页l维氏显微硬度试验(GB4342-84)采用136o 金刚石正方形角锥体压头。硬度值为所施加的负荷除以压痕的表面积。其原理与维氏硬度原理相同,所不同的是试验所施加的负荷较小,压痕测量也更加精确.。通常其压痕深度约为对角线长度的1/7。P-所施加的负荷（gf）d-压痕对角线
13、的平均值（mm）-金刚石相对面的夹角（136o）1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.4显微硬度试验显微硬度试验本讲稿第十四页，共二十页1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.4显微硬度试验显微硬度试验本讲稿第十五页，共二十页l努普(Knoop)显微硬度试验(1939年)采用136o 金刚石长棱形压头,两长棱夹角172.3o,两短棱夹角130o。硬度值为所施加的负荷除以压痕的投影面积。其原理与维氏硬度原理相同,所不同的是试验所施加的负荷较小,压痕测量也更加精确.P-所施加的负荷（gf）d-压痕对角线长度（mm）1.3常用的静压入硬度试验方法常用
14、的静压入硬度试验方法-1.3.4显微硬度试验显微硬度试验本讲稿第十六页，共二十页1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.4显微硬度试验显微硬度试验本讲稿第十七页，共二十页l别尔阔维契压头（三角形锥体压头）此种压头是为了消除四楞锥体压头易于产生的顶端横刃而提出的，楞与楞之间的夹角为76o54以使该压头所获得的压痕深度与四楞锥体压头在同一负荷下所得的压痕深度相同。硬度值是负荷与所得压痕表面积的比,计算公式为 F-所施加的负荷（N）a-压痕边长（mm）l-压痕顶点到对边的距离(mm）l=0.866a多用于测量非脆性的高硬度材料,其压痕深度h为其边长a的0.135倍。1.3常用
15、的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.4显微硬度试验显微硬度试验本讲稿第十八页，共二十页1.3常用的静压入硬度试验方法常用的静压入硬度试验方法-1.3.4显微硬度试验显微硬度试验本讲稿第十九页，共二十页1.4硬度的应用举例：硬度的应用举例：n 硬度与屈服极限的关系硬度与屈服极限的关系:对于多晶体的塑性材料对于多晶体的塑性材料 0.3HV.0.3HV.n 研究摩擦磨损引起的表面性质的变化研究摩擦磨损引起的表面性质的变化n 表面涂层的性能表面涂层的性能n 涂层厚度测量涂层厚度测量n 材料晶粒内部的机械性能的变化材料晶粒内部的机械性能的变化n 研究材料的各向异性研究材料的各向异性n 作为半导体材料高纯度和均匀度的标准作为半导体材料高纯度和均匀度的标准n 医医学学上上的的应应用用:鉴鉴别别牙牙质质的的病病变变(健健康康牙牙齿齿表表面面珐珐琅琅质质硬硬度度达达HV400,HV400,内内部部象象 牙牙质质HV5070HV5070左右左右.n 研究硬度和材料流变的关系研究硬度和材料流变的关系n 研究陶瓷的力学效应和硬度的关系研究陶瓷的力学效应和硬度的关系n 硬度与剪切强度之间的关系硬度与剪切强度之间的关系 本讲稿第二十页，共二十页