硬度测试实验报告

篇一：硬度测量实验报告

硬度测量实验报告一、实验目的

1. 了解往往利用硬度测量原理及方式；

2. 了解布氏和洛氏硬度的测量范围及其测量步骤和方 式；

二、实验设备

洛氏硬度计、布洛维硬度计、轴承、试块三、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 料反抗另一较硬的具有必然形状和尺寸的物体(金刚石压头 或者钢球)压入其表面的阻力。由于硬度实验简单易行，又无 损于零件，因此在生产和科研中应用十分普遍。往往利用的 硬度实验方式有：洛氏硬度计，主要用于金属材料热处置后 的产品性能查验。布氏硬度计，应用于黑色 、有色金属材料查验，也可测普通退火、 正火后试件的硬度。

2. 洛氏硬度

洛氏硬度测量法是最往往利用的硬度实验方式之一。它 是用压头 (金刚石圆锥或者淬火钢球 )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：

HR?k-h 0.002 3.布氏硬度

布氏硬度的测定原理是用必然大小的实验力 F(N)把直 径为 D ( mm )的淬火钢球或者硬质合金球压入被测金属的表 面，维持规按时间后卸除实验力，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，或者按照 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， 若是只采用一种标准的实验力 F 和压头直径 D ，就会浮现对 某些工件和材料的不适应的现象。因此，在生产中进行布氏 硬度实验时，要求能利用不同大小的实验力和压头直径，对 于同一种材料采用不同的 F 和 D 进行实验时，可否取得同一 的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可成立 F 和 D 的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。 特点： 普通来讲，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 氏硬度测量的长处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。

四、实验内容

1. 测量转动轴承表面洛氏硬度值

利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 HB?2P

D(D-D-d)22(D=2.5 mm ;d=读数差×0.004) 五、思量题

1. 测量硬度前为何要进行打磨？

答：测试样品与工作台的接触面不平。依照国家标准 GB/T 230.1-XX ，洛氏硬度值=100-h/0.002 ，式中 h 为洛 氏硬度计压头压入样品的深度，也就是说每 0.002 毫米或者 2 微米代表 1HRC 硬度单位，因此被测试样品与工作台接触面 的平整度将对测试结果产生极大的影响。当试样底面不平时，载荷彻底施加时只要试样因为不平整而导致轻微的偏转，就 可能使压头多向下挪移几个微米，测试结果就可能引起 1-5HRC 的误差，乃至更大。因此，测试前被测样品的底面 必需用机械加工(如磨床)或者手工方式(如砂纸打磨)磨平，以减小测试误差。

2. HRC、 HB 和 HV 的实验原理有何异同?

答：1.布氏硬度(HB) 以必然的载荷(普通 3000kg)把必 然大小(直径普通为 10mm)的淬硬钢

球压入材料表面，维持一段时间，去载后，负荷与其压 痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB) ，单位为千克力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度(HR) 当 HB>450 或者试样过小时，

不能采用布氏硬度实验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶 角 120°的金刚石圆锥体或者直径为 1.5 九、

3.18mm 的钢球，在必然载荷下压入被测材料表面，由 压痕的深度求出材料的硬度。按如实验材料硬度的不同，分 三种不同的标度来表示： HRA ：是采用 60kg 载荷和钻石 锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB ：是采用 100kg 载荷和直径 1.58mm 淬硬的钢球，求 得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC： 是采用 150kg 载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很 高的材料(如淬火钢等)。 3 维氏硬度(HV) 以 120kg 之内 的载荷和顶角为 136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面， 用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度 HV 值 (kgf/mm2)。

3. HRC、 HB 和 HV 各有什么优缺点？各自合用范围

是什么？举例说明 HRC、HB 和 HV 合用于哪些材料及工艺？

答：布氏硬度(HB )合用于退火正火钢，压痕大，合用 于硬度不均匀材料，不合用于薄料。硬度值应在有效测量范 围内 ( HRC 为 20-70 )为有效；布氏硬度计多用于原材料和 半成品的检测，由于压痕较大普通不用于成品检测。普通 HBS 只合用于 450N/mm2(MPa)以下的金属材料，对于较 硬的钢或者较薄材料不合用；维氏硬度合用于较大工件和较深 表面层的硬度测定，小负荷维氏硬度实验负荷 1.961~篇二：

金属材料的硬度实验 实验报告

实验五 硬度实验 一．实验目的

1． 了解硬度测定的大体原理及应用范围。 2． 了 解布氏硬度实验机的主要结构及操作方式。 二．概述

硬度是指材料对另一较硬物体压入表面的抗力，是重要 的机械性能之一。它是给低级金属材料软硬程度的数量概念， 硬度值越高，表明金属反抗塑性变形能力越大，材料产生塑 性变形就越艰难，硬度实验方式简单，操作方便，出结果快， 又无损于零件，因此被普遍应用。 测定金属硬度的方式不少， 有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。 1． 布氏硬度( HB )

( 1 )布氏硬度实验的大体原理

布氏硬度实验是以必然直径的钢球施加必然负荷 P ，压 入被测金属表面(如图 1 所

示)维持一按时间，然后卸荷，按照金属表面的压痕面 积 F 求应力值，以此作为硬度值的计量指标，以 HB 表示， 则

( 5-1 )

式中： P—负荷( kgf)； D—钢球直径( mm ) h—压 痕深度( mm )

图 5-1 布氏硬度实验原理图

由于测量压痕 d 要比测量压痕深度 h 容易，将 h 用 d

代换，这可由图 5-1 ( b)中的△Oab 关系求出：

( 5-2 )

将式( 5-2 )代入式( 5-1 )即得： ( 5-3 )

式( 5-3 )中，惟独 d 是变数，所以只要测量出压痕直 径，就可按照已知的 D 和 P 值计算出HB 值。在实际测量时， 可按照 HB、 D、 P、 d 的值所列成的表，若 D、 P 已选定， 则只需用读数测微尺(将实际压痕直径 d 放大 10 倍的测微 尺)测量压痕直径 d ，就可直接查表求得 HB 值。

由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若采用同 一种负荷(如

3000kgf)和钢球直径(如 10mm )时，则对硬的金属 适合，而对软的金属就不适合，会使整个钢球陷入金属中； 若对厚的工件适合，而对薄的金属则可能压透，所以规定测 量不同材料的布氏硬度值时，要有不同的负荷和钢球直径， 为了维持统一的，可以彼此进行比较的数值，必需使 P 和 D 之间维持某一比值关系，以保证所取得的压痕形状的几何相 似关系，其必要条件就是使压入角维持不便。 由图 5-1( b ) 可知：

( 5-4 )

将式( 5-4 )代入式( 5-3 )得： ( 5-5 )

式( 5-5 )说明，当φ值为常数时，为使 HB 值相同，P/D2 也应维持为必然值，因此对同一材料而言，不论采用何种大 小的负荷和钢球直径，只要知足 P/D2=常数，所得的 HB 值 都是一样的。对不同材料，所测得的 HB 值也可进行比较。 P/D2 比值有 30、10、2 .5 三种，其实验数据和应用范围可 参考表 5-1。

表 5-1 各类负荷、压头及应用范围 ( 2 )布氏硬度实验的技术要求 1 ) 被测金属表面必需平整光洁。

2 ) 压痕距离金属边缘应大于钢球直径，两压痕之间 距离应大于钢球直径。 3 ) HB 〉450 的金属材料不得 用布氏实验机测定。

4 ) 用读数测微尺测量压痕直径 d 时，应从彼此垂直 的两个方向上测量，然后取

其平均值。 5 ) 查表时，若利用的是五、 2.5mm 的 钢球时，则应别离以 2 和 4 倍压痕直径查

阅。 6 ) 为了表明实验条件，可在 HB 以后标注 D/P/T， 如 HB10/3000/10 ，即表示此硬度值

是在 D=100mm，P=3000kgf，T=10 秒的条件下取得 的。 ( 3 )布氏硬度实验机的结构及操作

HB-3000 型布氏硬度实验机的结构如图 5-2 所示。它 是利用杠杆系统将负荷加到金属表面上的。加卸负荷都是自

动的。

图 5-2 HB-3000 布氏硬度实验机外形结构图 实验时，将试样置于试样台上，顺时针转动手轮，使试 样上升直到钢球压紧并听到“卡”一声为止。按上电钮，此 时电动机通过变速箱使曲轴转动，连杆下降，负荷通过吊环 和杠杆系统施加于钢球上，保荷一按时间后，电动机自动运 转，连杆上升，卸除负荷，使杠杆及负荷恢复到原始状态， 同时电动机住手运转，再

反向回转手轮，使试样台下降，取下试样，即可进行压 痕直径的测量，查表即得 HB 值。

三．实验报告要求

1． 简述布氏硬度实验原理。

2． 如何测定金属材料的布氏硬度值？ 3． 进行实 验时，应注意哪些大体要求？ 篇三：材料的硬度检测实验报告

一材料的洛氏硬度测定报告 一、实验目的：

一、了解洛氏硬度计的测试原理。

二、掌握用洛氏硬度计测定材料硬度的方式。 二、实验原理：

用圆锥形金刚石压头或者钢球压头，在规定的实验力下， 垂直压入试件表面。加载方式为，先加初实验力 98.07N，

这时压痕的深度为 h1，再加总实验力(即初实验力加主实验 力)，这时压痕的深度为 h2。。经维持规按时间后，以卸除主 实验力而保留初实验力时的压痕深度 h3 与在初实验力作用 下压痕深度 h1 之差来表示硬度。即 e＝h3－h1。压痕深度 越大则硬度越软，但为了符合数值大硬度高的读数习惯，需 用下式作以变换：

HR?K-h3-h1 K 常数：采用金刚石压锥时 K=100 C 采用钢球作压头时 K=130

C =0.002mm 指示器刻度盘上一个分度格 三、实验仪器及原材料 一、 HR-150 型洛氏硬度计 二、按如实际情况填写 四、实验步骤：

一、置试件于工作台上，顺时针旋转手轮使工件上升至 加满初实验力(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，不然 另选一点。

二、转动指示器的调整盘，使大指针指向刻度 B(C)。 3、向后缓慢推倒加载实验力控制手柄，保证主实验力 在 4—6 秒内施加完毕。总实验力维持 5 秒时间后，向前慢 拉加载实验力手柄，卸去主实验力，保留初实验力。

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。

五、逆时针转动手轮使工作台下降，改换测试点，重复 上述操作。

五、数据记录与处置

注意：一、加载缓冲器空载下降时间应调整在 4-6 秒 内。

二、试件的最小厚度应大于压痕深度的 10 倍。 3、两个测试点之间距离应大与 5mm。 六、思量题

一、 通过了洛式硬度计的检测后测得已知试样 A 的洛氏 硬度为 60HRC ，请问被测材料的压痕深度为多少？

二 显微硬度的测定报告一、实验目的：

了解显微硬度的测试原理和显微硬度计的利用方式。 二、实验原理：

将显微硬度计上特制的金刚石压头，在必然负荷的作用 下压入待测试样表面，用硬度计上的测微器，测量正方形压 痕对角线的长度。显微硬度按下式计算： 2 式中 HV—显 微硬度值( N/mm )；

2HV=1.8544P/d

P—负荷( N )；(实验数据填写时为 1)

d— 四方形压痕对角线平均长度(μm )。(读数/40 )

三、实验仪器及原材料 一、按如实际情况填写 二、按如实际情况填写 四、实验步骤：

一、打开电源开关，主屏幕点亮，转动实验力变换手轮， 选择实验力。负荷的力值应和 主屏幕上显示的力值一致， 如力值显示不一致会导致计算公式错误而影响示值，旋动变 荷手 轮时，应小心缓慢地进行，避免速度过快发生冲击。

二、 转动压头与物镜切换手柄，使 40X 物镜处于主体正 前方位位置(光学系统放大倍率 400X ，测量状态)， 10X 的物镜作为观察之用(光学系统此时的放大倍率为 100X )。

3、将试样要放在试台上(置于物镜的中心位置)，摇动 起落丝杆手轮，

使试台上升，当物镜下端与试块或者试样相距 1~3mm 时， 眼睛通过测微目镜观察，在目镜中随着试台缓慢上升，可观 察到亮度渐渐增强，说明聚焦面即未来到，此时应缓慢摇动 手轮，直至目镜中观察到试块或者试样表面的清晰成像为止， 焦距已调好。

4、若是在目镜观察到的成像含糊，可转动目镜前部镜 头(因每人的视觉都存在着不同)， 直至清晰为止，若是在 目镜中观察到的试块平面成像有局部亮、暗状况，则可调节 光源装置上的三个调整螺钉，使光源处于中心位置，若是视

场太亮或者太暗，则可直接按面板上的 L+L-键，将光亮度调到 舒适清晰状态。

五、若是想观察到试块表面上较大的视场范围(寻觅预 置的位置等)，将 10X 物镜转换到 主体的正前方，40X 物镜 的焦平面与 10X 物镜的略有不同，可摇动起落手轮使其成像 清晰，旋动微分筒使 x—y 平台挪移，即可找到预置位置。

注：若是要进行硬度实验，请将 40X 物镜转动到主体前 方，旋动起落手轮，使成像清 晰，再切换压头，因为该仪 器以 40X 物镜成像为基准调整好各部件间的配合。

六、转动切换手柄，使压头轴处于主体前方，按面板 START 键，仪器开始加荷，这时主 屏幕右上方显示↓表示正 在加荷，加荷结束进入保荷状态时，主屏幕右上方的方框图 内显示正在进入倒计数的时间数值。保荷结束仪器开始卸荷， 主屏幕右上方显示↑，表示正在卸荷，卸荷结束，主屏幕右 上方显示凸，表示本次实验结束。

注：①如试样表面凸凹不平或者有多个面组成时，在将压 头轴进行切换时，要小心避免 压头碰及试样。

②仪器在工作时，或者按下 START 键而忘记切换物镜， 万万不能再转动切换手柄，必需

等待这次实验结束后方可挪移切换手柄，不然将会造成 仪器严重伤害。

7、转动切换手柄，使 40X 物镜处于主体正前方，观察

目镜中的压痕成像，如压痕成像 不清晰可旋动起落手轮， 使其清晰，因为压痕有深度，在放大 400X 物镜时，弱小的 深度像对焦平面有影响，这是正常的。

八、进行压痕长度的测量，具体如下： ( 1 )从测微计目镜中观察

( 2 )同时旋转微动手轮和百分筒手轮是，从目镜中观 察，两条长刻线相切时是，百分筒手轮的零刻线与百分筒主 体零刻线应重合是

( 3 )转动微动手柄，使一条刻线与实验压痕一角相切 (4)旋转百分筒手轮，使另一条刻线与另一角相切 ( 5 )读读数，求压痕对角线长度(即读数/40 ) (6)对角线长度 dl 的测量完成，挪移目镜 90°，以上述 的方式测量对角线长度 d2，