南昌航空大学实践报告

二0    年    月    日

专业名称：                               课程名称：          金属零件表面硬度测量 

准考证号：                                实验项目：         金属材料及热处理     

姓    名：                                评    分：                               

实践考核课程：金属材料及热处理

实验名称：金属零件表面硬度测量

一、实验目的

1. 了解常用硬度测量原理及方法；

2. 了解布氏和洛氏硬度的测量范围及其测量步骤和方法；

二、实验原理

1. 硬度是表示材料性能的指标之一，通常指的是一种材料抵抗另一较硬的具有一定形状和尺寸的物体（金刚石压头或钢球）压入其表面的阻力。由于硬度试验简单易行，又无损于零件，因此在生产和科研中应用十分广泛。常用的硬度试验方法有：洛氏硬度计，主要用于金属材料热处理后的产品性能检验。布氏硬度计，应用于黑色、有色金属材料检验，也可测一般退火、正火后试件的硬度。

2. 洛氏硬度

洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。下图表示了洛氏硬度的测量原理。

图： 未加载荷，压头未接触试件时的位置。

2-1：压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。h0包括预载所相起的弹形变形和塑性变形。

2-2：加主载荷P1后，压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。

2-3：去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置，压头压入试样的深度为h1。由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1- h0。实际代表主载P1造成的塑性变形深度。

h值越大，说明试件越软，h值越小，说明试件越硬。为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念，人为规定，用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。并规定0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为：

3.布氏硬度

布氏硬度的测定原理是用一定大小的试验力F(N)把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d(mm)，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根据 d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。 测量范围为8~650HBW        　

               

由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F和压头直径D，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径，对于同一种材料采用不同的F和D进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F和D的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。 特点：一般来说，布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越 大，材料越硬，其压痕直径越小。布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。

三、实验设备

洛氏硬度计、布洛维硬度计、轴承、试块

四、实验步骤

1、置试件于工作台上，顺时针旋转手轮使工件上升至加满初试验力（即小指针至于红点）为止，此时大指针应垂直向上指向标记B(C)处，其偏移不得超过±5分度格，否则另选一点。

2、转动指示器的调整盘，使大指针指向刻度B(C)。

3、向后缓慢推倒加载试验力操纵手柄，保证主试验力在4—6秒内施加完毕。总试验力保持5秒时间后，向前慢拉加载试验力手柄，卸去主试验力，保留初试验力。

4、此时硬度计表头长指针指向的数据，即为被测试件的硬度值。

5、逆时针转动手轮使工作台下降，更换测试点，重复上述操作。

五、实验内容

1. 测量滚动轴承表面洛氏硬度值

使用洛氏硬度计对轴承外圈进行硬度测定，记录相关测量数据：

加载力（kgf）=  1471 N

2. 测量试块表面布氏硬度值

在布洛维硬度计上，使档位调至布氏硬度测定档，试块进行表面硬度测定，记录相关测定数据：

加载力（kgf） =  980 N

   (D=2.5 mm ;   d=读数差×0.004)

六、实验过程

把规定的压头压入金属材料表面层，然后根据压痕的面积或深度确定其硬度值。根据压头和压力不同，常用的硬度指标有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。用直径为D的淬火钢球或硬质合金球，以相

应的试验力F压入试样表面，保持规定的时间后卸除试验力，在试样表面留下球形压痕，如左图所示。布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力表示。用淬火钢球作压头时，布氏硬度用符号“HBS”表示;用硬质合金球作压头，布氏硬度用符号“HBW”表示。 在进行布氏硬度试验时，钢球直径Ｄ、施加的试验力Ｆ和试验力保持时间、应根据被测试金属的种类和试样厚度，按下表所示的布氏硬度试验规范正确地进行选择。

七、实验结果

  布氏硬度试验的优点是：试验时使用的压头直径较大，在试样表面上留下压痕也较大，测得的硬度值也较准确。 布氏硬度试验的缺点是：对金属表面的损伤较大，不易测试太薄工件的硬度，也不适于测定成品件的硬度。布氏硬度试验常用来测定原材料、半成品及性能不均匀的材料（如铸铁）硬度。

八、实验总结

 通过这次金属零件表面硬度测量，了解常用硬度测量原理及方法；了解布氏和洛氏硬度的测量范围及其测量步骤和方法，通过这次实训测量更多的是需要我们每个人在实训结束后根自己的情况去感悟，去反思，去理解 ，才有所收获，才使这次实训达到了学习的目的。最后，真心感谢学校给予本次的学习机会，感谢老师们的耐心指导。

第二篇：金属材料维氏硬度测量不确定度的评定