《材料與金屬工藝學(xué)》

1、PAGE 1PAGE 8材料與金屬工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系硬度實(shí)驗(yàn) 金屬硬度沒(méi)有嚴(yán)格的定義，通常是指金屬表面上不大體積范圍內(nèi)抵抗變形或破壞的能力。它是金屬材料本身彈性、塑性、形變強(qiáng)化、強(qiáng)度韌性以及抗摩擦性能等綜合性能的反映。硬度的測(cè)量方法很簡(jiǎn)單，并且金屬的硬度與材料的組織有一定的關(guān)系，所以在金相研究當(dāng)中往往以測(cè)硬度為手段來(lái)研究金屬材料的組織，相變等。按試驗(yàn)原理可把硬度分為布氏、洛氏、維氏、肖氏、顯微、超聲、劃痕硬度等。我們只介紹布氏和洛氏硬度。11布氏硬度布氏硬度是由瑞典工程師J.A.Brinell于18991990年提出的是常用硬度實(shí)驗(yàn)方法之一。 P O 如圖所示。在一定的

2、負(fù) 荷（P）下，將一定直徑（D） D淬過(guò)火的的鋼球壓入試樣表面 ，保持一定時(shí)間，然后去除 t負(fù)荷。測(cè)出壓痕直徑（d）的 d數(shù)值。以凹坑單位面積上所承受的平均壓力作為布氏硬度值。其表達(dá)式為： 布氏硬度試驗(yàn)注意事項(xiàng)：首先要根據(jù)試驗(yàn)材料的成分、狀態(tài)估計(jì)硬度范圍。然后再根據(jù)硬度、試樣大小、厚薄合理的選擇負(fù)荷大小、鋼球直徑、加荷時(shí)間。試樣表面要干凈，無(wú)氧化皮。布氏硬度適用測(cè)HB 450的試樣。布氏硬度試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度試驗(yàn)由于鋼球直徑大、負(fù)荷大，測(cè)得的數(shù)值穩(wěn)定，精度高，重復(fù)性好。缺點(diǎn)：只適用測(cè)量較軟的金屬，并且破壞性較大。 常用于各種有色金屬，各種退火鋼材的研究和硬度測(cè)定。12洛氏硬度洛氏硬度是

3、由美國(guó)人洛克威爾在1914年提出的。由于實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，迅速而獲得了廣泛的應(yīng)用。洛氏硬度原理見(jiàn)書(shū)中所示。用金鋼石圓錐壓頭或鋼球，在規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下，壓入被測(cè)材料的表面。卸載荷后，測(cè)定壓入的深度h，根據(jù)公式計(jì)算求出HR值。 在一定的負(fù)荷下，材料越硬，壓得越淺，h值越小。若直接用h數(shù)值表示大小，則會(huì)出現(xiàn)硬度越高，數(shù)值越小的規(guī)律。為了適合人們習(xí)慣于數(shù)值越大硬度越高的概念，人為地作了規(guī)定：用一個(gè)常數(shù)K減去壓痕深度h作為硬度值的指標(biāo)，并規(guī)定每0.002mm為一個(gè)洛氏硬度單位，用HR表示。則洛氏硬度值為：從公式看出，洛氏硬度為無(wú)名數(shù)。洛氏硬度試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、效率高、適用范圍廣，同時(shí)壓痕小，對(duì)產(chǎn)品的損傷程度小

4、。其缺點(diǎn)是：硬度值容易受組織不均勻的影響，分散度大。另外對(duì)于不同硬度范圍的材料需要更換壓頭，用不同的尺度。洛氏硬度常用于鋼經(jīng)淬火、回火后硬度的測(cè)定，間接檢查產(chǎn)品的組織狀態(tài)。金相試樣的制備 21 取樣 取樣包括怎樣選擇試樣和切取方法。在實(shí)際中主要根據(jù)研究的問(wèn)題和所要觀(guān)察的部位有針對(duì)性地選擇，如研究加熱和冷卻以及時(shí)效過(guò)程中金屬材料內(nèi)部的組織變化，試樣要截取到材料的中心，并觀(guān)察整個(gè)截面；當(dāng)研究表面處理后材料的表層組織時(shí)，一定要保護(hù)表層完整；當(dāng)分析部件的斷裂原因時(shí)，要在斷裂部位和正常部位同時(shí)取樣，以便觀(guān)察和對(duì)比分析。金相試樣的切取方法是多種多樣的，如表所示： 試樣切取方法機(jī)械切割砂輪切割、線(xiàn)切割、機(jī)床

5、切割、手工切割、打斷火焰切割電弧切割線(xiàn)電極、板電極電化學(xué)方法酸鋸、酸洗、酸射流22 鑲嵌對(duì)于用手很難拿住的較小試樣或者教軟、易碎并在以后的制樣工序中易損傷或者邊緣需要保護(hù)的試樣，都可以用鑲嵌的方法制備合手并符合需要的試樣。 試樣鑲嵌方法 直立 傾斜 夾持 鑲嵌 電鍍 冷鑲 熱鑲 鍍銅 鍍洛 鍍鎳23磨光金相試樣從整體材料上取下后，下一步工作就是磨光。所謂磨光是指使用固定磨粒的磨削過(guò)程。目的是獲得一個(gè)平整光滑僅有極細(xì)磨痕的磨面，為拋光打下基礎(chǔ)。粗磨其目的是把觀(guān)察面修整成平面，并把試樣磨成合適的外形。一般軟材料可用銼刀銼平，硬材料可用砂輪機(jī)或磨床等機(jī)器修平。在用砂輪機(jī)修平時(shí)，試樣因?yàn)槟Σ炼l(fā)熱，所

6、以要隨時(shí)用水冷卻以防組織變化。細(xì)磨經(jīng)粗磨后的試樣磨面磨痕大，損傷層深。細(xì)磨的目的是消除這些較深的磨痕和減小損傷層厚度。細(xì)磨所用的磨料有金相砂紙、水砂紙、金鋼砂粉等，常用的是前兩者，其磨粒多為氧化鋁和碳化硅。拋光拋光是指使用松散磨粒的磨削過(guò)程。其目的是消除磨光留下的磨痕，使磨面光亮如鏡無(wú)磨痕。拋光是在拋光機(jī)上進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)試樣的種類(lèi)和要求來(lái)選擇拋光磨料。將含有磨料的懸浮液均勻的灑在鋪有一層拋光織物的拋光盤(pán)上，并用手抹勻。用手拿穩(wěn)試樣并均衡地輕壓在拋光盤(pán)上，以防止試樣飛出和因壓力太大產(chǎn)生新的劃痕，同時(shí)還應(yīng)使試樣沿徑向來(lái)回移動(dòng)，以避免拋光織物局部磨損太快。在拋光過(guò)程中要不斷補(bǔ)充拋光液。24顯示 拋光

7、好的試樣在光學(xué)顯微鏡明場(chǎng)條件下，一般觀(guān)察不到組織，只能看到非金屬夾雜、裂紋、空洞、石墨以及有色金屬的特出相等，為了能觀(guān)察到組織并加以區(qū)別，必須通過(guò)各種方法使各組織對(duì)光的反射能力不同，或者顏色不同，或者使某一部分發(fā)生凹陷使光產(chǎn)生散射或干射，從而顯示組織來(lái)。對(duì)于多相合金，它們?cè)诨瘜W(xué)試劑的作用下主要是電化學(xué)腐蝕，當(dāng)然也有化學(xué)腐蝕。試樣表面侵入溶劑后，由于各相電極電位不同，結(jié)果構(gòu)成了很多微電池，具有低電位的相為微電池的陽(yáng)極，被腐蝕溶解，具有高電位的相構(gòu)成陰極，不受腐蝕，結(jié)果使試樣表面凸凹不平，從而顯示了組織。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容31硬度實(shí)驗(yàn)布氏硬度 取一退火的45鋼，在一平面上選取多點(diǎn)測(cè)量它的硬度。 點(diǎn)1點(diǎn)2點(diǎn)3點(diǎn)4點(diǎn)5點(diǎn)6點(diǎn)布氏硬度值洛氏硬度 取一淬火過(guò)火的45鋼，在一平面上選取多點(diǎn)測(cè)量它的硬度。 點(diǎn)1點(diǎn)2點(diǎn)3點(diǎn)