实验一 金属材料的硬度实验
一、实验目的
1.了解布氏、洛氏硬度测定的基本原理及应用范围。
2.了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及硬度数据的测试方法。 二、实验原理
金属的硬度可以认为是金属材料局部表面在接触压力的任用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度值是材料性能的一个重要指标。试验方法简单、迅速，不需要专门的试样，同时保持试样的完整性，设备也比较简单。而且对大多数金属材料，可以硬度值估算出它的抗拉强度。因此在设计图纸的技术条件中大多规定材料的硬度值。检验材料或工艺是否合格有时也需用硬度。所以硬度试验在生产中广泛使用。
硬度测试方法很多，使用最广泛的是压入法。压入法就是一个很硬的压头以一定的压力压入试样的表面，使金属产生压痕，然后根据压痕的大小来确定硬度值。压痕越大，则材料越软；反之，则材料越硬。根据压头类型和几何尺寸等条件的不同，常用的硬度测试方法可分为布氏法、洛氏法和维氏法三种。 三、布氏硬度（HB）
布氏硬度用符号HB表示。这种试验方法是把规定直径（10mm、5mm、2.5mm）的硬质合金球以一定的试验力压入所测材料的表面（如图1-1所示），保持规定时间后，测量表面压痕直径（如图1-2所示），然后按下式计算硬度：
HBW?P2P?F?D(D?D2?d2)
式中 HBW-表示用硬质合金球测试时的布氏硬度值； P-载荷（kgf）；（1kgf＝9.8N） D-压头钢球直径（mm）； d-压痕平均直径（mm）；
F-压痕面积（mm2）；
式中只有d是变数，故只需要测出压痕直径d，根据已知D和P值就可以计算出HB值。布氏硬度习惯上不标出单位。生产中已专门制定了平面布氏硬度值计算表见附录一，用读数显微镜测出压痕直径后，直接查表就可获得HB硬度值。
图1-1 布氏硬度测量示意图 图1-2 用读数显微镜测量压痕直径
由于金属材料有软有硬，工件有厚有薄，有大有小，如果只采用同一种载荷和钢球直径时，就会出现对硬的材料合适，而对软的材料可能发生钢球陷入金属内部的现象；若对厚的材料合适，而对薄的材料又可能会出现压透的现象。因此为了得到统一的，可以相互比较的值，必须使P和D之间维持某一比值关系。这样对同一种材料而言，不论采用何种大小的载荷和钢球直径，只要能满
P2足D＝常数，所得的HB值是同样的；则对不同的材料来说，所得的HB值也P2是可以进行比较的。按照GB231－63规定，D比值有30、10和2.5三种。
具体试验数据的选择和使用范围可参考表1-1
由于硬度和强度都以不同形式反映了材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力，因而硬度和强度之间有一定的关系，其经验换算公式为：
低碳钢
HB??b/3.6 HB??b/3.4 HB??b/3.25
高碳钢
调质合金钢 铝铸件
HB??b/0.26 HB??b/0.55
退火青铜和黄铜 锌合金
HB??b/0.09
表1-1 布氏硬度试验规范
试样厚钢球直载何保载荷P 径 D（mm） 10 30 5 2.5 10 10 5 2.5 10 10 5 2.5 10 2.5 5 2.5 3000 750 187.5 1000 250 62.5 1000 250 62.5 1000 650 15.6 60 30 10 10 （kgf） （S） 持 HBS范材 料 围 （mm） 黑色金属（如钢 140－的退火、正火、 450 调质状态 ＜3 ＞6 黑色金属 ＜140 6－3 ＜3 有色金属及合36－金（如铜、黄铜、 130 青铜、镁合金） ＜3 ＞6 铝合金及 8－35 轴承合金 ＜3 6－3 6－3 ＞6 6－3 ＞6 度 PD2硬度和强度对照表可查本书附录一。
由于布氏硬度计算出的抗拉强度只是近似值，必然与实际抗拉强度有差