《材料力学性能》实验指导书2.doc

实验一 金属材料硬度实验一、 实验目的1、了解布氏硬度和洛氏硬度的测定方法2、掌握布氏、洛氏硬度试验计的基本构造和操作方法二、 实验内容及步骤1、布氏硬度的测定布氏硬度的测定在 HB-3000 型布氏硬度机上进行1)实验原理布氏硬度数值通过布氏硬度试验测定布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入被测材料或零件表面，经规定保持时间后卸除试验力，通过测量表面压痕直径来计算硬度的一种压痕硬度试验方法布氏硬度值是试验力除以压痕球形表面积所得的商使用淬火钢球压头时用符号HBS，使用硬质合金球压头时用符号 HBW，计算公式如下：HBS（HBW）=0.102　式中：F—试验力（N）；D—球体直径（mm）；d—压痕平均直径（mm）由上式可以看出，当 F、D 一定时，布氏硬度值仅与压痕直径 d 的大小有关所以在测定布氏硬度时，只要先测得压痕直径 d，即可根据 d 值查有关表格得出 HB 值，并不需要进行上述计算国家标准 GB231-1984 规定，在进行布氏硬度试验时，首先应选择压头材料，布氏硬度值在 450 以下（如灰铸铁、有色金属及经退火、正火和调质处理的钢材等）时，应选用钢球作压头；当材料的布氏硬度值在 450~650 时，则应选用硬质合金球作压头。

其次是根据被测材料种类和试样厚度，按照表 1—1 所示的布氏硬度试验规范正确地选择压头直径 D、试验力 F 和保持时间 t布氏硬度习惯上只写出硬度值而不必注明单位，其标注方法是，符号 HBS 或 HBW 之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件：球体直径、试验力，试验力保持时间（10~15s 不标注）例如：120HBS10/1000/30，表示直径 10mm 钢球在 9.80KN（1000kgf）的试验力作用下，保持 30s 测得的布氏硬度值为 120500HBW5/750，表示用直径 5mm 的硬质合金球在 7.35KN（750kgf）试验力作用下，保持 10~15s 测得的布氏硬度值为 500布氏硬度值的测量误差小，数据稳定，重复性强，常用于测量退火、正火、调质处理后的零件以及灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等毛坯或半成品（2） 操作前的准备工作a. 选定压头擦拭干净，装入主轴衬套中；b. 选定载荷，加上相应的砝码；c. 确定持续时间，把圆盘上的时间定位器（红色指示点）转到与持续时间相符的位置上3） 操作顺序a. 接通电源，打开指示灯；b. 将试样放在工作台上，顺时针转动手轮，使压头压向试样表面直至手轮打滑为止；c. 按动加载按钮，即加载开始，当达到所要求的持续时间后，圆盘转动即自行停止，尔后自动卸载；d. 逆时针转动手轮降下工作台，取下式样用读数显微镜测出压痕直径 d 值，查表即得出 HB 值。

2、洛氏硬度的测定洛氏硬度的测定在 HR-150A 型洛氏硬度机上进行1）实验原理洛氏硬度试验是在初始试验力 F0 及总试验力 F1 的先后作用下，将压头（金刚石圆锥或钢球）压入被测材料或零件表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量计算硬度值的一种压痕硬度试验方法实际测定时，试件的洛氏硬度值由硬度计的表盘上直接读出，材料越硬，则表盘上示值越大为了便于用洛氏硬度计测定从软到硬较大范围的材料硬度，根据被测试对象的不同，国家标准 GB/T230-1991 规定可采用不同类型压头、试验力及硬度公式，组合成为不同的洛氏硬度标尺现将常用的三种洛氏硬度标尺的硬度符号、试验规范列于表 1，以供参考表 1 常用洛氏硬度试验规范（摘自 GB/T 230-1991）洛氏硬度标尺硬度符号测量范围初试验力F0/N主试验力F1/N总试验力F/N 压头类型 应用举例A HRA 20~88 98.07 490.3 588.4 金刚石 圆锥硬质合金表面淬火层渗碳层等B HRB 20~100 98.07 882.6 980.7 1.5875mm钢球有色金属退火钢正火钢C HRC 20~70 98.07 1373 1471 金刚石 圆锥 调质钢淬火钢等以上三种常用洛氏硬度中，以 HRC 应用最多，一般经过淬火处理的零件和工具都用他测试硬度。

洛氏硬度测定简单，方便快捷，可直接从表盘上读出硬度数值，压痕小，多用来测较硬材料的硬度或成品零件硬度；测试范围大，能测较薄零件的硬度但由于压痕小，测定结果波动较大，稳定性较差，故需测试三点，取其算术平均值，一般不适宜测试组织不均匀的材料2） 操作顺序a． 选择压头和载荷，并将压头装入实验机；b．试样放在式样台上，顺时针转动手轮，使试样与压头缓慢接触，直到表盘小指针指至“0”为止，此时已预加载荷 10kg，然后将表盘大指针调至零点；c． 按动按钮，加主载荷当表盘中大指针反向旋转若干格并停止时，保持 3-4 秒再顺时针旋转摇柄，直到自锁为止，即卸除主载荷此时大指针退回若干格指针所指的位置为洛氏硬度值，HRA、HRC 读外圈黑刻度，HRB 读内圈红刻度d． 逆时针旋转手轮，取出试样，测试完毕三、 实验设备器材1、布氏硬度机 洛氏硬度机 2、读数放大镜3、试样： 45 钢 正火态 Φ30×10 T10 钢 淬火态 Φ30×10四、 实验注意事项1、要求试样表面平整，两端平行，用砂纸去氧化皮和油污2、洛氏硬度机金刚石压头属贵重物件，质硬而脆，严禁碰击3、加载时细心操作，以免损坏机件实验二 金属材料冲击实验一、实验目的(1) 了解冲击韧性的含义；(2) 测定钢材的冲击韧性；二、实验原理概述材料在冲击载荷作用下，产生塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，称为材料的冲击韧性。

用实验方法测定材料的冲击韧性时，是把材料制成标准试样，置于能实施打击能量的冲击试验机上进行的，并用折断试样的冲击吸收功来衡量冲击试验机由摆锤、机身、支座、度盘、指针等几部分组成实验时，将带有缺口的受弯试样安放于试验机的支座上，举起摆锤使它自由下落将试样冲断若摆锤质量为G，冲击中摆锤的质心高度由 H1 变为 H2，势能的变化为 ，它等于冲断试)(21HG样所消耗的功，即冲击中试样所吸收的功为 Ak可由指针指示的位置从度盘上读出 值越大，表明材料的抗冲击性能越好kAkA值是一个综合性的参数，不能直接用于设计，但可作为抗冲击构件选择材料的重要指标冲击试验的主要用途：(1) 评价材料对大能量一次冲击载荷下破坏的缺口敏感性；(2) 检查和控制材料的冶金质量和热加工质量；材料的内部缺陷和晶粒大小对值kA有明显影响，因此可用冲击实验来检验材料质量，判定热加工和热处理工艺质量图 1 冲击韧性试验原理图(3) 评定材料在高、低温条件下的韧脆转变特性冲击过程所消耗的能量，除大部分为试样断裂所吸收外，还有一小部分消耗于机座振动等方面，只因这部分能量相对较小，一般可以忽略但它却随着实验初始能量的增大而加大，故对 值原本就较小的脆性材料，宜选用冲击能量较小的试验机。

kA三、实验仪器及材料冲击实验机实验用材料： 45 钢淬火、45 钢正火、HT150冲击试样要求：冲击韧性 的数值与试样的尺寸、缺口形状和支承方式有关为便于比较，国家kA标准规定两种形式的试样：①U 型缺口试样；②V 型缺口试样图 2 U 型缺口试样图 3 V 型缺口试样冲击时，由于试样缺口根部形成高度应力集中，形成较多的能量，缺口的深度、曲率半径及角度的大小都对试样的冲击吸收功有影响为保证尺寸准确，缺口应采用铣削、磨削加工，要求缺口底部光滑，无平行于缺口轴线的刻痕试样的制备亦应避免由于加工硬化或过热而影响其冲击性能四、实验内容与步骤(1) 检查试样的形状、尺寸及缺口质量是否符合标准的要求；(2) 空打试验：举起摆锤，试验机上不放置试样，然后释放摆锤空打，调整指针回零；(3) 用专用对中块，使试样贴紧支座安放，缺口处于受拉面，并使缺口对称面位于两支座对称面上；(4) 将摆锤举高挂稳后，摆锤下落冲断试样待摆锤回落至最低位置时，进行制动，记录度盘的指示值实验注意事项：(1) 在摆锤摆动范围内，不得有任何人员活动或放置障碍物，以确保安全2) 不带保险销的机动冲击试验机或手动冲击试验机，在安装试样前，最好先把摆锤用木块搁置在支座上，试样安装完毕再举摆。

3) 手动冲击试验机当摆锤举到需要高度时，可听到销钉锁住的声音，为避免冲断销钉应轻轻放摆，在销钉未锁住前切勿放手摆锤下落尚未冲断试样前，不应将控制杆推向制动位置五、实验报告(1) 冲击试样材料种类、试样尺寸及类型、试验机型号及打击能量；(2) 标注每次试验的冲击吸收功，画图示意冲断试样的断口宏观形貌3) 分析影响冲击性能测定的主要因素。