《材料力學(xué)性能》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)2

1、實(shí)驗(yàn)一 金屬材料硬度實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解布氏硬度和洛氏硬度的測(cè)定方法。2、掌握布氏、洛氏硬度試驗(yàn)計(jì)的基本構(gòu)造和操作方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、布氏硬度的測(cè)定布氏硬度的測(cè)定在HB-3000型布氏硬度機(jī)上進(jìn)行。(1)實(shí)驗(yàn)原理布氏硬度數(shù)值通過(guò)布氏硬度試驗(yàn)測(cè)定。布氏硬度試驗(yàn)是指用一定直徑的球體（鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入被測(cè)材料或零件表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，通過(guò)測(cè)量表面壓痕直徑來(lái)計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)方法。布氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。使用淬火鋼球壓頭時(shí)用符號(hào)HBS，使用硬質(zhì)合金球壓頭時(shí)用符號(hào)HBW，計(jì)算公式如下：HBS（HBW）=0.102式中：F試驗(yàn)

2、力（N）；D球體直徑（mm）；d壓痕平均直徑（mm）。由上式可以看出，當(dāng)F、D一定時(shí)，布氏硬度值僅與壓痕直徑d的大小有關(guān)。所以在測(cè)定布氏硬度時(shí)，只要先測(cè)得壓痕直徑d，即可根據(jù)d值查有關(guān)表格得出HB值，并不需要進(jìn)行上述計(jì)算。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB231-1984規(guī)定，在進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，首先應(yīng)選擇壓頭材料，布氏硬度值在450以下（如灰鑄鐵、有色金屬及經(jīng)退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材等）時(shí)，應(yīng)選用鋼球作壓頭；當(dāng)材料的布氏硬度值在450650時(shí)，則應(yīng)選用硬質(zhì)合金球作壓頭。其次是根據(jù)被測(cè)材料種類和試樣厚度，按照表11所示的布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范正確地選擇壓頭直徑D、試驗(yàn)力F和保持時(shí)間t。布氏硬度習(xí)慣上只寫(xiě)出硬度值而不必

3、注明單位，其標(biāo)注方法是，符號(hào)HBS或HBW之前為硬度值，符號(hào)后面按以下順序用數(shù)值表示試驗(yàn)條件：球體直徑、試驗(yàn)力，試驗(yàn)力保持時(shí)間（1015s不標(biāo)注）例如：120HBS10/1000/30，表示直徑10mm鋼球在9.80KN（1000kgf）的試驗(yàn)力作用下，保持30s測(cè)得的布氏硬度值為120。500HBW5/750，表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球在7.35KN（750kgf）試驗(yàn)力作用下，保持1015s測(cè)得的布氏硬度值為500。布氏硬度值的測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)，常用于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的零件以及灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等毛坯或半成品（2） 操作前的準(zhǔn)備工作a. 選定壓頭

4、擦拭干凈，裝入主軸襯套中；b. 選定載荷，加上相應(yīng)的砝碼；c. 確定持續(xù)時(shí)間，把圓盤上的時(shí)間定位器（紅色指示點(diǎn)）轉(zhuǎn)到與持續(xù)時(shí)間相符的位置上。（3） 操作順序a. 接通電源，打開(kāi)指示燈；b. 將試樣放在工作臺(tái)上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使壓頭壓向試樣表面直至手輪打滑為止；c. 按動(dòng)加載按鈕，即加載開(kāi)始，當(dāng)達(dá)到所要求的持續(xù)時(shí)間后，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)即自行停止，爾后自動(dòng)卸載；d. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪降下工作臺(tái)，取下式樣用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕直徑d值，查表即得出HB值。2、洛氏硬度的測(cè)定洛氏硬度的測(cè)定在HR-150A型洛氏硬度機(jī)上進(jìn)行。（1）實(shí)驗(yàn)原理洛氏硬度試驗(yàn)是在初始試驗(yàn)力F0及總試驗(yàn)力F1的先后作用下，將壓頭（金剛石圓錐

5、或鋼球）壓入被測(cè)材料或零件表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量計(jì)算硬度值的一種壓痕硬度試驗(yàn)方法。實(shí)際測(cè)定時(shí)，試件的洛氏硬度值由硬度計(jì)的表盤上直接讀出，材料越硬，則表盤上示值越大。為了便于用洛氏硬度計(jì)測(cè)定從軟到硬較大范圍的材料硬度，根據(jù)被測(cè)試對(duì)象的不同，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T230-1991規(guī)定可采用不同類型壓頭、試驗(yàn)力及硬度公式，組合成為不同的洛氏硬度標(biāo)尺?，F(xiàn)將常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的硬度符號(hào)、試驗(yàn)規(guī)范列于表1，以供參考。表1 常用洛氏硬度試驗(yàn)規(guī)范（摘自GB/T 230-1991）洛氏硬度標(biāo)尺硬度符號(hào)測(cè)量范圍初試驗(yàn)力F0/N主試驗(yàn)力F1/N總試驗(yàn)力F/N壓頭類型應(yīng)用舉例AH

6、RA208898.07490.3588.4金剛石圓錐硬質(zhì)合金表面淬火層滲碳層等BHRB2010098.07882.6980.71.5875mm鋼球有色金屬退火鋼正火鋼CHRC207098.0713731471金剛石圓錐調(diào)質(zhì)鋼淬火鋼等以上三種常用洛氏硬度中，以HRC應(yīng)用最多，一般經(jīng)過(guò)淬火處理的零件和工具都用他測(cè)試硬度。洛氏硬度測(cè)定簡(jiǎn)單，方便快捷，可直接從表盤上讀出硬度數(shù)值，壓痕小，多用來(lái)測(cè)較硬材料的硬度或成品零件硬度；測(cè)試范圍大，能測(cè)較薄零件的硬度。但由于壓痕小，測(cè)定結(jié)果波動(dòng)較大，穩(wěn)定性較差，故需測(cè)試三點(diǎn)，取其算術(shù)平均值，一般不適宜測(cè)試組織不均勻的材料。（2） 操作順序a 選擇壓頭和載荷，并將壓

7、頭裝入實(shí)驗(yàn)機(jī)；b試樣放在式樣臺(tái)上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直到表盤小指針指至“0”為止，此時(shí)已預(yù)加載荷10kg，然后將表盤大指針調(diào)至零點(diǎn)；c 按動(dòng)按鈕，加主載荷。當(dāng)表盤中大指針?lè)聪蛐D(zhuǎn)若干格并停止時(shí)，保持3-4秒再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖柄，直到自鎖為止，即卸除主載荷。此時(shí)大指針退回若干格。指針?biāo)傅奈恢脼槁迨嫌捕戎?，HRA、HRC讀外圈黑刻度，HRB讀內(nèi)圈紅刻度。d 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，取出試樣，測(cè)試完畢。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備器材1、布氏硬度機(jī) 洛氏硬度機(jī) 2、讀數(shù)放大鏡3、試樣： 45鋼 正火態(tài) 30×10 T10鋼 淬火態(tài) 30×10四、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、要求試樣表面平整，兩

8、端平行，用砂紙去氧化皮和油污。2、洛氏硬度機(jī)金剛石壓頭屬貴重物件，質(zhì)硬而脆，嚴(yán)禁碰擊。3、加載時(shí)細(xì)心操作，以免損壞機(jī)件。實(shí)驗(yàn)二 金屬材料沖擊實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解沖擊韌性的含義；(2) 測(cè)定鋼材的沖擊韌性；二、實(shí)驗(yàn)原理概述材料在沖擊載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力，稱為材料的沖擊韌性。用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定材料的沖擊韌性時(shí)，是把材料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，置于能實(shí)施打擊能量的沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，并用折斷試樣的沖擊吸收功來(lái)衡量。沖擊試驗(yàn)機(jī)由擺錘、機(jī)身、支座、度盤、指針等幾部分組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將帶有缺口的受彎試樣安放于試驗(yàn)機(jī)的支座上，舉起擺錘使它自由下落將試樣沖斷。若擺錘質(zhì)量為G，沖擊中擺錘的

9、質(zhì)心高度由H1變?yōu)镠2，勢(shì)能的變化為，它等于沖斷試樣所消耗的功，即沖擊中試樣所吸收的功為圖1 沖擊韌性試驗(yàn)原理圖可由指針指示的位置從度盤上讀出。值越大，表明材料的抗沖擊性能越好。值是一個(gè)綜合性的參數(shù)，不能直接用于設(shè)計(jì)，但可作為抗沖擊構(gòu)件選擇材料的重要指標(biāo)。沖擊試驗(yàn)的主要用途：(1) 評(píng)價(jià)材料對(duì)大能量一次沖擊載荷下破壞的缺口敏感性；(2) 檢查和控制材料的冶金質(zhì)量和熱加工質(zhì)量；材料的內(nèi)部缺陷和晶粒大小對(duì)值有明顯影響，因此可用沖擊實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)材料質(zhì)量，判定熱加工和熱處理工藝質(zhì)量。(3) 評(píng)定材料在高、低溫條件下的韌脆轉(zhuǎn)變特性。沖擊過(guò)程所消耗的能量，除大部分為試樣斷裂所吸收外，還有一小部分消耗于機(jī)座振

10、動(dòng)等方面，只因這部分能量相對(duì)較小，一般可以忽略。但它卻隨著實(shí)驗(yàn)初始能量的增大而加大，故對(duì)值原本就較小的脆性材料，宜選用沖擊能量較小的試驗(yàn)機(jī)。三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)用材料： 45鋼淬火、45鋼正火、HT150沖擊試樣要求：沖擊韌性的數(shù)值與試樣的尺寸、缺口形狀和支承方式有關(guān)。為便于比較，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定兩種形式的試樣：U型缺口試樣；V型缺口試樣。圖2 U型缺口試樣圖3 V型缺口試樣沖擊時(shí)，由于試樣缺口根部形成高度應(yīng)力集中，形成較多的能量，缺口的深度、曲率半徑及角度的大小都對(duì)試樣的沖擊吸收功有影響。為保證尺寸準(zhǔn)確，缺口應(yīng)采用銑削、磨削加工，要求缺口底部光滑，無(wú)平行于缺口軸線的刻痕。試樣的制備亦應(yīng)避免由于加工硬化或過(guò)熱而影響其沖擊性能。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟(1) 檢查試樣的形狀、尺寸及缺口質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求；(2) 空打試驗(yàn)：舉起擺錘，試驗(yàn)機(jī)上不放置試樣，然后釋放擺錘空打，調(diào)整指針回零；(3) 用專用對(duì)中塊，使試樣貼緊支座安放，缺口處于受拉面，并使缺口對(duì)稱面位于兩支座對(duì)稱面上；(4) 將擺錘舉高掛穩(wěn)后，擺錘下落沖斷試樣。待擺錘回落至最低位置時(shí)，進(jìn)行制動(dòng)，記錄度盤的指示值。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：(1) 在擺錘擺動(dòng)范圍內(nèi)，不得有任何人員活動(dòng)或放置障礙物，以確保安全。(2) 不帶保險(xiǎn)銷的機(jī)動(dòng)沖擊試驗(yàn)機(jī)或手動(dòng)沖擊試驗(yàn)機(jī)，在安裝試樣前，最好先把擺錘用木塊擱置在支座上，試樣安裝完畢再舉擺。(