碳素鋼硬度試驗(yàn)

1、材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（一）硬度試驗(yàn)3硬度試驗(yàn)陳士教授編撰壹、概說硬度試驗(yàn)是測(cè)試材料機(jī)械性質(zhì)中極常用且最簡(jiǎn)易及方便，然而也可能是定義最不 明確的。一般而言，硬度意味著材料對(duì)於塑性變形的抵抗能力，但仍有許多其它的定 義，現(xiàn)有數(shù)種不同硬度之定義為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)分類的，亦是我們?nèi)缃袼ㄓ玫摹?受靜力或動(dòng)力作用時(shí)產(chǎn)生殘留變形之永久壓痕抵抗者，謂之壓痕硬度例如：勃氏、 洛氏、維氏等型式之硬度試驗(yàn)。2對(duì)於衝擊荷重之能量吸收之程度者謂之反跳硬度，例如：蕭氏硬度試驗(yàn)。3對(duì)於刮（劃）痕之抵抗謂之刮痕硬度，例如：莫氏、麻田劃痕及銼磨試驗(yàn)等。4. 對(duì)於磨損之抵抗謂之磨耗硬度，例如：磨耗試驗(yàn)等。5對(duì)於切削或鑽削之抵抗謂之切削硬度或

2、切削性，例如：切削硬度試驗(yàn)等。貳、硬度試驗(yàn)之應(yīng)用範(fàn)圍1同類材料可依硬度值之不同而分類檢別，並指定某種硬度之材料可供某項(xiàng)用途。但 須注意者為硬度不能像抗拉強(qiáng)度可以直接應(yīng)用於設(shè)計(jì)上。2因?qū)凫斗瞧茐男栽囼?yàn)，故常用於材料及產(chǎn)品之品質(zhì)管制，包括金屬之材質(zhì)是否均勻、 熱處理及表面硬化與常溫加工等之是否適當(dāng)?shù)取?訂定硬度與抗拉強(qiáng)度之關(guān)係，因?yàn)楹?jiǎn)單之硬度試驗(yàn)?？筛怕詼y(cè)知材料之抗拉強(qiáng)度。（如圖一）1 sN -LM圖一、鋼料抗拉強(qiáng)度與硬度之一般關(guān)係大多數(shù)之硬度試驗(yàn)皆能以如表一之方式來分類表一、各種硬度試驗(yàn)之分類試驗(yàn)工具或作用物質(zhì)荷重作用 線之方向荷重一定，壓痕或 磨損量可變動(dòng)壓痕或磨損量一定 荷重可變量靜力動(dòng)力靜

3、力動(dòng)力二個(gè)試體，一者壓於他者直交於試體 表面Beaumur(1922)用較試體更硬之材料作為直交於試體 表面Brinell (1900) Rockwell (1920) Vickers (1925) Knoop 仃 uk on) (1939)Shore scleroscope (1906) Balle ntine Cloudburst Schmidt 各種磨損試 驗(yàn)(如吹沙)Monotron木材硬度試驗(yàn)工具平行於試驗(yàn) 體表面Marten Scleroscope（1989） Bierbaum Scleroscope Herbert 擺（1923）切削性試驗(yàn)（切削、鑽孔等） 各種磨損試驗(yàn)（如Dor

4、ry等）Allcut 及 Turner Scleroscope (1887)各種定性用劃痕硬度試驗(yàn)Mohs (1822)參、實(shí)驗(yàn)部份勃氏硬度試驗(yàn)（Brinell Hardness Test ）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦肂rinell硬度試驗(yàn)機(jī)測(cè)定金屬材料之勃氏硬度值（Hb）、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料1. 勃氏硬度試驗(yàn)機(jī)2測(cè)微顯微鏡3. HB硬度表4. 試片二、實(shí)驗(yàn)原理勃氏硬度機(jī)如圖二所示，其原理乃藉一標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)鋼球（通常其硬度值為圖三、勃氏硬度機(jī)材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(一)硬度試驗(yàn)BHN450),用一定荷重壓入試件表面，使試片形成球面之壓痕，產(chǎn)生塑性變形，此時(shí) 所加之荷重P除以球面壓痕之表面積，所得之商謂之勃氏硬度值，一般用

5、Hb或BHN表示之。各種材料因軟硬不同，使用的荷重 P及鋼球直徑D之關(guān)係可由表二查知，施 壓時(shí)間以能產(chǎn)生充份塑性變形為原則，一般對(duì)鋼鐵等較硬材料施壓1530秒，對(duì)銅鋁等較軟金屬則施壓60秒。壓力除去後，取出試片，用測(cè)微顯微鏡量取試片凹痕直徑， 讀至0.05 mm,則勃氏硬度值Hb可推導(dǎo)如下：Hb= PA2PD(D 、D d7Pp因 hb=P ADt而t=p 故Hb=A2PD(D . D1 2 3 4 d2P若以深度計(jì)量取凹痕深度t，則H BPDt但因表面凹痕邊緣常隆起或陷下，故不準(zhǔn)確，大都採(cǎi)用P2PH b=-式中，BHN(H b):勃氏硬度(Kg/mm對(duì)試樣之性質(zhì)作精確之荷重選定(如表二)，將

6、試片平整置於試座上，擺置之位置應(yīng) 適宜(如前所述)使不受鄰近壓痕之影響。)但常不附單位。A D(D . D2 d2P=負(fù)荷(kgf)其範(fàn)圍有 100、250、500、750、1000、1500、2000 2500、3000 kgf。D=鋼球直徑(mm)，通常有用10 mm、5 mm公差應(yīng)在0.005以內(nèi)。d=壓痕平均直徑(mm)，目視公差須在0.02 mm內(nèi)。t=壓痕深度，通常不直接量度。四、實(shí)驗(yàn)方法表二、各種材料試驗(yàn)荷重P及鋼球直徑D之關(guān)係試驗(yàn)材料負(fù)荷鋼球直徑及試驗(yàn)荷重適於測(cè)定之硬度範(fàn)圍 BHN(Hb)P (Kg)1052.51.251鋼鐵及鑄鐵30 X)300075018846.930.0

7、160-500銅及其合金10XD100025062.515.610.050-315鋁及其合金5XD2.5 X1.25 D0.5 D50012531.57.85.025-150軸承等金屬25062.515.63.92.512-80鉛錫等金屬12531.27.82.01.26-40極軟之金屬5012.53.10.80.53-205. 每一試片至少須作五次試驗(yàn)，利用測(cè)量顯微鏡取凹痕直徑求取平均值，顯微鏡標(biāo)尺 每一刻度為0.05 mm,並應(yīng)以直交方向重複量取求平均值，查勃氏硬度表得硬度值。6. 測(cè)微顯微鏡使用法：A. 調(diào)節(jié)目鏡使刻度清晰。B. 將測(cè)微顯微鏡測(cè)試孔對(duì)準(zhǔn)凹痕，鬆開鎖鏡筒圈，昇降鏡筒向使凹痕

8、清晰為止C. 鎖緊鎖鏡筒圈讀取刻度。注意：進(jìn)光缺口須朝向光線之來源。五、注意事項(xiàng)1. 勿用手指摸觸鋼球，以防生鏽。2. 沒有試片頂著鋼球，或試料太軟而負(fù)載過量，不可加壓試驗(yàn)，否則壓塞(Ram Piston) 下移越出界限，藉安全閥之作用，油料漏出，如果油料不足，將引起油噎現(xiàn)象，再 也打不起壓力來。3. 如壓力桿搖動(dòng)發(fā)生抽噎聲響，壓力不升時(shí)，由於油料不足，空氣滲入所致，此時(shí)可 將試壓閥鬆開取出，添加新鮮乾淨(jìng)之液壓油，然後關(guān)閉，墊上試片，加壓試驗(yàn)，於 錘架未上浮狀況下使壓力達(dá)到 2900 kg之負(fù)載。此時(shí)急速鬆開釋壓閥，油內(nèi)空氣將 隨同油料逸出，如此操作兩次以上，即可排出油內(nèi)空氣。4. 各種材料施

9、壓荷重及鋼球大小選擇應(yīng)適當(dāng)。5. 此試驗(yàn)不能測(cè)試硬度超過鋼球之材料，以免引起鋼球變形。補(bǔ)救方法為換用碳化鎢 鋼球壓痕器。6. 本試驗(yàn)不適用於極薄和極窄之試片或壓痕深度大於表層厚度。7. 施壓速率不應(yīng)太快，以免影響準(zhǔn)確度。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果紀(jì)錄試件編號(hào)材料種類試驗(yàn)荷重(kg)鋼球直徑(mm)測(cè)試結(jié)果平均直徑讀數(shù)(mm)123123123硬度值(Hb)平均硬度值備註七、問題討論1說明為何材質(zhì)、荷重、鋼球直徑要有表一之規(guī)定。2若試片表面不為平面而是曲面，如何求得標(biāo)準(zhǔn)之凹痕直徑？3. 為何施壓於材料表面至少須30sec方可移去負(fù)荷？4抗拉強(qiáng)度與勃氏硬度之關(guān)係由 Dohmer定則可知為：抗拉強(qiáng)度(psi) =

10、515XB.H.N(H175)請(qǐng)以抗位強(qiáng)度為縱座標(biāo)，勃氏硬度為橫座標(biāo)，作圖，並討論之。5. 試片之厚度，表面平滑度，荷重垂直度，荷重速度對(duì)硬度測(cè)定值各有何影響，請(qǐng)討 論之。6. 試討論凹痕距離邊緣及距離相鄰凹痕中心至少須3d之理由。7. 勃氏硬度試驗(yàn)有何優(yōu)點(diǎn)？適用於那些材料？8. 勃氏硬度試驗(yàn)有那些限制？9. 同種材料用不同的荷重進(jìn)行試驗(yàn)，其硬度值是否相同？試討論之。材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（一）硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn)(Rockwell Hardness Test)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦肦ockwell硬度試驗(yàn)機(jī)測(cè)定金屬材料之洛氏硬度值（Hr）。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料1. Rockwell硬度試驗(yàn)機(jī)（如圖三）圖三、.Ro

11、ckwell硬度試驗(yàn)機(jī)2試片（素碳鋼、鑄鐵、銅、鋁合金，其他硬質(zhì)材料）3. Hr硬度表。二、實(shí)驗(yàn)原理1氏硬度試驗(yàn)機(jī)乃利用槓桿原理，將硬鋼球或金鋼石圓錐壓痕器，用一定的荷重壓入 材料表面，使試片產(chǎn)生壓痕，而由壓痕深度大小經(jīng)過換算來代表材料的洛氏硬度值。2. 依材料軟硬不同，所使用的壓痕器、荷重及儀表數(shù)字顏色亦不同，其適用範(fàn)圍如表 三所示。表六、Rockwell之尺度選用表尺度 記號(hào)壓痕器大荷重（Kg）刻度用途1/16鋼球紅銅點(diǎn)金，鋁合金，軟鋼，可鍛鑄鐵等。b金鋼石圓錐100黑硬鋼，高硬化鋼，表面硬化鑄鐵，Ti，波來狀之c150可鍛鑄鐵或其他大於HRB 10 0之材料。Aon黑八、超硬合金（如 C

12、emented carbides），及剃刀片等A60硬薄片。淺硬化鋼。D100黑薄金屬片，表面硬化鋼，中硬化E1/8鋼球100紅鋼鑄鐵，Al-Mg合金。軸承材料。F1/16鋼球60紅退火銅合金，軟的薄金屬片，軸承合金。G1/16鋼球150紅可鍛鑄鐵，Ni-Cu-Zn合金（不可超過G92否則鋼球會(huì)被壓扁）h1/8鋼球60Al, Zn, Pb,粉未治金製品。K150紅L1/4鋼球60紅MD100A CH紅軸承材料及其他極軟或薄材料。P R15060紅 （如樹脂製品等）S1/2鋼球100紅V150紅紅3. 對(duì)淬火鋼及較硬質(zhì)之材料所使用的壓痕器是頂角120,尖端0.2 mm的金鋼石圓錐體，所施加荷重為

13、150 kg。所得的硬度值由儀表上的黑字讀出稱為洛氏C尺度，以HrC表示之。4. 對(duì)退火鋼及其他軟質(zhì)材料所使用的壓痕器是直徑1/16吋的鋼球，所施加荷重為100kg。所得的硬度值由儀表上的紅字讀出稱為洛氏B尺度，以HrB表示之。5. 當(dāng)測(cè)定硬度時(shí)都要先加小荷重10 kg,以加此小荷重時(shí)的壓入深度做基準(zhǔn)，其次再加 大荷重140 kg,或90 kg，故大小荷重之和成為150 kg，或100 kg之重量。把壓痕 器壓入試片表面，然後除去大荷重只留下小荷重，而以加大荷重時(shí)所發(fā)生的永久變 形部份之深度來比較其硬度大小。（如圖四所示）加小荷重的目的，乃在消除試片 表面不平或雜質(zhì)等影響。jEjk寰王ift

14、祈笙忑倚毎期* D 菲併*：*托時(shí)EKMA黔y叭KWMttMwim 玨如主萱星已Ml脾暉上圖四、加上主副荷重之步驟6. 材料愈硬，壓痕的深度愈小，深度小表示對(duì)變形的抵抗力愈大，硬度亦高，通常可由刻度盤直接讀出，讀出方法如下：刻度盤上有100等分，每等分相當(dāng)於0.002 mm壓痕深度，故壓痕深度h在刻度上 是相當(dāng)於h/0.002=500h （ HrE至HrV計(jì)算式與HrB相同）。而HrC所採(cǎi)用的基準(zhǔn) 刻度為100,所以HRC=500h （HrA和HrD計(jì)算式與HrC相同）。四、實(shí)驗(yàn)方法1. 試驗(yàn)機(jī)之準(zhǔn)備：（a）選擇適當(dāng)?shù)匿r座在機(jī)臺(tái)咱並清潔之。（b）依照材料狀況選擇並設(shè)定適當(dāng)之壓痕器及荷重。2.

15、試片之準(zhǔn)備：表面須平坦，測(cè)定面與底面要平行，並避免產(chǎn)生間隙，且表面不能有 灰塵、污垢、油脂及刮傷等。3. 基本荷重之歸零操作：（a）轉(zhuǎn)動(dòng)升降手輪使鉆座緩慢上升，試片或標(biāo)準(zhǔn)塊與壓痕器接觸，容刻度盤內(nèi)之短指針轉(zhuǎn)至紅點(diǎn)中央，同時(shí)長(zhǎng)指針亦隨著旋轉(zhuǎn)至垂直指向的上端，C尺度在C0，b尺度在B30 （其偏轉(zhuǎn)容許誤差為土 5格）。（b）再將轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤使“ Set”刻劃與長(zhǎng)指針對(duì)正，此時(shí)試件己受到小荷重 10 kg之壓 力，這樣才是完成歸零校正。4. 在Sec之後10秒內(nèi)，按下加力鈕，則大荷重（60，100或150 kg）會(huì)慢慢地作用在 試片上，此時(shí)長(zhǎng)指針反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，順時(shí)針方向讀取刻度盤之紅（或黑）刻度之

16、讀數(shù)，即得硬度值。9材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（一）硬度試驗(yàn)5. 重複上述步驟，測(cè)試五點(diǎn)求取平均值。6試驗(yàn)完畢，取下試片，並將儀器清潔保養(yǎng)之。五、注意事項(xiàng)1壓痕器調(diào)換後須施行預(yù)備試驗(yàn)二次，加以試驗(yàn)機(jī)之最大荷重，而後使用之。2試驗(yàn)硬度高之不明材料時(shí)，應(yīng)依 A、D、C等尺度之順序測(cè)試之，以免損壞金鋼石 圓錐。3同一點(diǎn)不可作二次以上試驗(yàn)，極硬材料亦不宜試驗(yàn)。4不論試片之厚度如何，均不可將試片重疊試驗(yàn)，否則其硬度會(huì)有誤差。5試件只能單面測(cè)試，不可同時(shí)測(cè)試兩面以造成不準(zhǔn)。6各壓痕中心距離須大於4倍壓痕直徑，以免因太靠近產(chǎn)生應(yīng)變而使硬度值偏高。壓 痕中心距試件邊緣亦須在壓痕直徑 2倍以上，否則硬度值會(huì)偏低。7試件之背面

17、若稍有污垢或油脂，會(huì)影響凹部深度之測(cè)定，故須注意試片及鉆座之清 潔。8各部操作宜緩慢進(jìn)行，避免振動(dòng)及衝擊，影響了精確度及壓痕器受損。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果紀(jì)錄試件編號(hào)材料種類試驗(yàn)荷重(kg)使用壓痕器及洛尺度標(biāo)測(cè)試結(jié)果硬度點(diǎn)讀數(shù)(mm)123123123硬度值(H R)平均硬度值備註七、問題討論1試討論洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)其 C與B尺度之零點(diǎn)不相一致之理由？2為何C與E尺度有以下之操作限制：C尺度僅能測(cè)H RC 070之硬度E尺度僅能測(cè)HrB 30100之硬度？3以素碳鋼為試片材料，含碳量為橫座標(biāo)，洛氏硬度值為縱座標(biāo)作圖？4試討論圓斷面試桿之誤差因素？5. 試畫出洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)之構(gòu)造略圖？6洛氏硬度試驗(yàn)有何優(yōu)

18、點(diǎn)？7. 洛氏硬度試驗(yàn)先加一小荷重，其目的為何?8. 試說明洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)其壓痕過程？17蕭氏硬度試驗(yàn)(Shore Hardness Test)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜な捠嫌捕仍囼?yàn)機(jī)的操作及試驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料圖五、蕭氏硬度試驗(yàn)機(jī)圖筒（窗錘在其內(nèi)部）臺(tái)座1. 蕭氏硬度試驗(yàn)機(jī)及其附件（如圖五所示）2. 試片。水平S6衝錘操 作鈕二、實(shí)驗(yàn)原理其原理圖（如圖六）所示，Shore硬度試驗(yàn)為動(dòng)力荷重之硬度是把一定重量的小 錘（尖端裝有小的金鋼石diam ond）掛在垂直玻璃管管內(nèi)一定的高度，自此高度使小 錘自由落下打擊試驗(yàn)片。當(dāng)小錘打擊試驗(yàn)片時(shí)，試驗(yàn)片表面會(huì)產(chǎn)生很小的凹痕。這時(shí) 小錘的一部分能量會(huì)消耗在試驗(yàn)片

19、的變形。而剩餘的能量會(huì)使小錘反跳到某一高度。 因?yàn)樵囼?yàn)片的硬度不同，小錘的反跳高度也不同。所以可以用小錘的反跳高度來表示Shore硬度，通常用Hs記號(hào)表示之。假定小錘的自由落下高度為ho，反跳的高度為h時(shí)，由下式可得Shore硬度Hs=1OOOO/65h/ho（註）：經(jīng)過淬火的高碳鋼（麻田散鐵組織）其平均反跳高度當(dāng)做Shore硬度100。蕭氏硬度試驗(yàn)不但輕便，且凹痕微小，不致?lián)p害表面，且試件厚度可以很薄，但亦有幾點(diǎn) 須注意。10000 hHe = x 65盡試片六、蕭氏硬度試驗(yàn)1若材料之彈性係數(shù)大或彈性很高，則凹痕雖深，材料雖軟，亦可反跳較高，故此法 僅能比較同種材料（彈性能相同者）之硬度。例

20、如樹指以壓痕深度表其硬度則非常 小,但若以Shore硬度表示則異常之大。2玻璃管須垂直使小錘落下時(shí)不與管壁摩擦。試片須壓緊於墩座，以免惰性影響，同 一點(diǎn)不可重複試驗(yàn)，因該點(diǎn)受撞擊後起加工硬化。Shore氏硬度皆示，由於小錘端金鋼石粒之損傷，落下筒之污染，容易發(fā)生差異，應(yīng)常利用硬度基準(zhǔn)片檢查是否確實(shí)。其基準(zhǔn)片之硬度係以 Vickers硬度來檢查 的。由表四之換算將 Shore硬度值記入，一般均用9095、6065、3035三個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 試片來校正試驗(yàn)機(jī)之總誤差。表四、Shore硬度與基片之 Vickers硬度之關(guān)係HsHvHsHvHsHv30.019660.045.90.0 I81630.51996

21、0.545590.5 182431.020361.046091.0 183231.520761.546591.5 184032.021162.047092.0 184832.521462.547592.5 185633.021863.048093.0 186433.522263.548593.5 187234.02266449094.0 188034.522964.549694.5 188835.023365.050195.0 |8964試片最小厚度依材料而異，安全剃刀片等硬鋼為0.15 mm,常溫加工未退火之鋼與黃銅為0.25 mm，退火鋼為0.38 mm，表面硬化鋼表皮厚度 0.4 mm。

22、5. 兩凹痕中心距至少為2 d（d=凹痕直徑）以上，凹痕距邊緣至少為 4 mm以上。四、實(shí)驗(yàn)方法1. 把玻璃管調(diào)整到垂直的位置（調(diào)整試驗(yàn)的水平調(diào)整螺旋，使小重錘吊在小圓孔的正 中或用水平儀調(diào)整）。2. 用右手壓緊橡皮球後很快放鬆，把小錘吸上玻璃上端的一定高度。3. 把試驗(yàn)片放置在試料臺(tái)後，而左手轉(zhuǎn)動(dòng) Han dle使玻璃管下端緊壓在試驗(yàn)片上，壓力 至少須20 kg以上。4. 用右手輕壓橡皮球，使大錘自由落下，打擊試驗(yàn)片表面，並讀出大錘的反跳高度（讀 反跳高度時(shí)，讀整數(shù)或者讀到0.5的程度即可）。（註）:a. D型試驗(yàn)機(jī)中，轉(zhuǎn)動(dòng)手鈕使重錘落下時(shí)，手鈕回轉(zhuǎn)速度會(huì)影響其測(cè)定值。b. 重錘落下後把手鈕

23、轉(zhuǎn)回時(shí)，其回轉(zhuǎn)速度也會(huì)影響其測(cè)定值。如果回轉(zhuǎn)速度過快，其指示值會(huì)較高，通常控制為 60 r.p.m，也就是說每1秒1個(gè)回轉(zhuǎn)以下 為宜。c. 相鄰兩個(gè)凹下中心間的距離至少為 5 mm,而且必需距離試料面的端側(cè) 5 mm 以上。d. 勿用手摸撞錘，以確保精密度。5. 以C型Shore試驗(yàn)機(jī)所得之硬度以符號(hào) HsC表示之，以D型Shore試驗(yàn)機(jī)所測(cè)得者 以符號(hào)HsD表示之。五、注意事項(xiàng)1須在試片表面求數(shù)點(diǎn)硬度，以求平均值。2硬度值求至小數(shù)點(diǎn)以下一位。3. 同一點(diǎn)不可做二次以上之測(cè)定。4試片之厚度須使凹痕背面無壓凹痕跡。5. 各凹痕中心之距離須大於5 mm以上。6. 各凹中心距離邊緣須大於5 mm以上

24、。7. 勿用手摸撞錘，以確保精密度。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄試件編號(hào)123456材料種類測(cè)試值第一次第二次第三次第四次第五次平均硬度Hs備註七、問題討論1. 試以試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出Hb, Hr, Hs硬度間之換算曲線。2.Shore硬度值究竟有可價(jià)值？（若一材料之彈性能大，硬度大，則Shore硬度值仍很大，我們?nèi)〉闷渲稻烤褂泻斡?？）試討論之?. 如墩座沒有壓緊試片，試討論可能發(fā)生的影響。4. 如何用標(biāo)準(zhǔn)試片檢驗(yàn)誤差？如有誤差應(yīng)如何處置？5. 試舉例說明Shore氏硬度試驗(yàn)機(jī)在工業(yè)上應(yīng)用之優(yōu)點(diǎn)。6.Shore硬度試驗(yàn)讀數(shù)偏高或偏低各有那些因素造成？材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(一)硬度試驗(yàn)21維氏硬度試驗(yàn)一一微小硬度試驗(yàn)一

25、、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馕⒘坑捕仍囼?yàn)機(jī)之性能、原理操作法，並求取硬度值。、實(shí)驗(yàn)儀器1. 微小硬度試驗(yàn)機(jī)：容許壓凹器及試料在一預(yù)先決定的荷重及時(shí)間下緩慢，等速而平 滑的接觸。衝擊誤差在荷重小時(shí)顯著，故選擇速度一般為500克時(shí)10秒、25克時(shí)20秒、5克時(shí)30秒。（如圖七）圖七、微小硬度試驗(yàn)機(jī)2. 壓痕器：本系用Vickers型之金鋼石正方錐。3顯微放大裝置：目鏡為10倍，物鏡有10倍、20倍、40倍三種，即放大率有100、 200、400等三種。4. 照明裝置。5數(shù)值檢測(cè)裝置。6. 荷重範(fàn)圍：10 gm、20 gm 30 gm 50 gm、100 gm、200 gm 300 gm、500 gm 1000

26、gm等。三、實(shí)驗(yàn)原理1. 本試驗(yàn)機(jī)之特徵：安裝有測(cè)量顯微鏡、量取凹痕對(duì)角線長(zhǎng)度、可測(cè)至0.001 mm,準(zhǔn)確又方便。2. 壓痕器之使用：使用相對(duì)夾角為136).5之金鋼石正方錐，荷重為10公克至1000公克，可自由選用，因材料之厚薄軟硬而選定所須之荷重，材料受壓後，造成永久 變形，量取對(duì)角線長(zhǎng)度，求取硬度值。Vickers 硬度數(shù) Hv=p/A=1.8544P/cf(kg/mm2)設(shè)P=荷重(kg)A=壓痕表面積(mm2)4=凹痕之平均對(duì)角線長(zhǎng)度(mm)9 =本對(duì)面夾角4通常試片厚度應(yīng)10倍於壓痕深度以上，壓痕深度=0.143d,試片厚度應(yīng)為1.43d1.5d 以上，否則誤差大。各凹痕中心之相

27、互距離應(yīng)大於4d,凹痕中心離試片邊線距離須大於2d。5使用單位一般使用gram(公克)較方便，故上式寫成2 HV=P/A=1.8544 X1000=1854.4P/d(g/mm)。6微硬度試驗(yàn)較一般的Vickers試驗(yàn)有更高的精度，容易測(cè)定薄板，電鍍層之硬度對(duì)於 金屬組織中之樹枝狀晶類，細(xì)長(zhǎng)組織硬度之測(cè)定均極為便利。7. 荷重機(jī)完全自動(dòng)化，荷重負(fù)荷保持解除之一連串動(dòng)作自動(dòng)操作。與以前由人工 操作比較，完全沒有人為之誤差發(fā)生。其機(jī)構(gòu)採(cǎi)用獨(dú)特之油壓閥門與彈簧之組合方 式，不使用馬達(dá)，在試驗(yàn)中，一切振動(dòng)均不發(fā)生。8. 荷重保持時(shí)間，用計(jì)時(shí)器控制，可任意設(shè)定之。9. 金鋼鑽壓痕器與計(jì)測(cè)顯微創(chuàng)之更換係用

28、轉(zhuǎn)塔式把手，當(dāng)負(fù)荷終了後只須輕輕回轉(zhuǎn)90，顯微鏡即可對(duì)準(zhǔn)壓痕而觀測(cè)之。10. 微動(dòng)載物臺(tái)之移動(dòng)量對(duì)試件之大小較以前所測(cè)定之裕度為大。11. 顯微創(chuàng)倍率以400倍為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。亦可當(dāng)金屬顯微鏡使用。四、實(shí)驗(yàn)方法:本實(shí)驗(yàn)室為AKASHI-MVK-E 型微小硬度計(jì)1. 試驗(yàn)前之準(zhǔn)備：(1) 裝置試驗(yàn)機(jī)之場(chǎng)所要選擇無振動(dòng)灰塵之鋼筋水泥臺(tái)，或堅(jiān)固木製臺(tái)，可能的話使 用專用之防震臺(tái)。(2) 試驗(yàn)機(jī)裝在測(cè)定臺(tái)上要裝置三個(gè)水平調(diào)整用腳及水準(zhǔn)器，符合正確水平。(3) 上部機(jī)蓋取下，為防止般運(yùn)中產(chǎn)生振動(dòng)，所裝置之重錘件固定用金屬夾具應(yīng)除 去，並放鬆其固定用螺絲後再把上部機(jī)蓋裝回原處。(4) 最後接上電源，檢查綠色指

29、示燈之有效通電。並裝上計(jì)測(cè)顯微鏡，準(zhǔn)備才算齊全2. 試驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)調(diào)整顯微鏡之光度，設(shè)定荷重保持時(shí)間，對(duì)視野內(nèi)之二條讀取線，調(diào) 整目鏡使能清楚看見。3. 將試件裝上微動(dòng)載物臺(tái)，旋轉(zhuǎn)試件上下用之把手使載物臺(tái)上升與試驗(yàn)面之焦點(diǎn)相 合。此時(shí)對(duì)物鏡應(yīng)注意不可損傷。決定焦點(diǎn)相合狀態(tài)之測(cè)定點(diǎn)時(shí)，再用把手將轉(zhuǎn)塔盤迴轉(zhuǎn)90,轉(zhuǎn)至壓痕器。此時(shí)壓痕器尖端與試件面之間隔僅 0.30.4 mm。4推動(dòng)荷重桿加上負(fù)荷，於負(fù)荷開始後，綠色指示燈即行熄滅，赤色指示指燃亮。此 時(shí)荷重即按設(shè)定時(shí)間作用。5. 經(jīng)過荷重保持時(shí)間後，壓痕器即靜靜地自試件面離開而上升，再恢復(fù)原來位置，此 時(shí)赤色指示燈改變?yōu)榫G色。6. 確認(rèn)指示燈已變?yōu)榫G

30、色後，再轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)塔盤交換至對(duì)物鏡位置，因此在顯微鏡中可見 到壓痕之大小。7. 此壓痕對(duì)角線之長(zhǎng)度，可用計(jì)測(cè)顯微鏡讀出。讀出單位為0.1 ，由硬度數(shù)算出或 查表求出維氏硬度。觀察對(duì)角線之長(zhǎng)度採(cǎi)直交二次視測(cè)，取二者之平均值為其硬度 值。五、注意事項(xiàng)1. 如試驗(yàn)準(zhǔn)備事項(xiàng)所述，裝置場(chǎng)所應(yīng)特別注意。微小硬度計(jì)係輕荷重之故，特別易受 振動(dòng)之影響，防震應(yīng)十分注意，可能的話，使用防震臺(tái)為佳。2. 試件之形狀應(yīng)常一定，試件面與壓子軸應(yīng)注意垂直。試驗(yàn)中易動(dòng)之不安定試件，應(yīng) 使用老虎鉗抓緊穩(wěn)固之。3. 般而言，測(cè)定維氏硬度之壓痕甚小，試件表面應(yīng)精密加工，使對(duì)角線長(zhǎng)度之測(cè)定值誤差為0.5 %或0.0002 mm以內(nèi)。因此：精密加工要達(dá)到用磨布之鏡面加工，為 避免加工時(shí)所生之表面硬化，應(yīng)