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材料硬度測定
一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、金屬布氏硬度實(shí)驗(yàn)。
2、金屬洛氏硬度實(shí)驗(yàn)。
3、金屬維氏硬度實(shí)驗(yàn)和顯微維氏硬度實(shí)驗(yàn)。
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?br>該實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生熟悉金屬布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的使用方法，鞏固硬度試驗(yàn)方
法的理論知識，掌握各種硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及注意事項(xiàng)。要求學(xué)生具有踏實(shí)的理
論知識，同時也具有嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的作風(fēng)。
三、實(shí)驗(yàn)條件及要求
（一）實(shí)驗(yàn)條件
布氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)、維氏硬度計(jì)和顯維硬度計(jì)，讀數(shù)放大鏡，標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。
推薦試樣用材：灰鑄鐵、硬質(zhì)合金、經(jīng)滲氮后的 38CrMoAl、經(jīng)滲碳淬火后的20 鋼、
經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的45 鋼、淬火低溫回火的T12 鋼、黃銅。
（二）要求
制備試樣過程中不得使試樣因冷、熱加工影響試驗(yàn)面原來的硬度。試驗(yàn)面應(yīng)為光滑的
平面，不應(yīng)有氧化皮及污物，試驗(yàn)面的粗糙度因試驗(yàn)方法不同而不同：測布氏硬度、洛氏硬
度時，Ra≤0.8μm；測維氏硬度時，Ra≤0.2μm；測小負(fù)荷維氏硬度和顯維硬度時，Ra≤
0.1μm、如果測定相的硬度時，試驗(yàn)面應(yīng)進(jìn)行拋光和腐蝕制成金相試樣。
試驗(yàn)時，應(yīng)保證試驗(yàn)力垂直作用于試驗(yàn)面上，保證試驗(yàn)面不產(chǎn)生變形、撓曲和振動。
試驗(yàn)應(yīng)在10～35℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
不同硬度試驗(yàn)對試樣及試驗(yàn)操作尚有具體要求。
四、實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識點(diǎn)
1、硬度試驗(yàn)原理。
2、對試樣的要求。
3、硬度試驗(yàn)方法的選擇。
4、各種硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及注意事項(xiàng)。
5、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得。
6、不同硬度試驗(yàn)方法的關(guān)系。
五、實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟
（一）金屬布氏硬度試驗(yàn)
金屬布氏硬度值是單位壓痕表面積所承受的外力。
1、試驗(yàn)規(guī)范的選擇
布氏硬度試驗(yàn)時應(yīng)根據(jù)測試材料的硬度和試樣厚度選擇試驗(yàn)規(guī)范，即壓頭材料與直徑、
F/D2 值、試驗(yàn)力F 及試驗(yàn)力保持時間t。
1）壓頭材料與直徑的選擇 壓頭有淬火鋼球和硬質(zhì)合金球兩種。淬火鋼球適用于測
量450HBS 以下材料（如熱軋或正火、退火鋼材，灰鑄鐵，有色金屬及其合金等）的硬度，
硬質(zhì)合金壓頭適用于測量450HBS 以上材料（如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼）的硬度。
球體直徑D 的選擇按GB231-2003《金屬布氏硬度試驗(yàn)方法》有五種，即10mm、5mm、
2.5mm、2mm 和1mm。壓頭直徑可根據(jù)試樣厚度選擇，見壓頭直徑、壓痕平均直徑與試樣最小
厚度關(guān)系表。選擇壓頭直徑時，在試樣厚度允許的條件下盡量選用10mm 球體作壓頭，以便
得到較大的壓痕，使所測的硬度值具有代表性和重復(fù)性，從而更充分地反映出金屬的平均硬
度。
2）F/D2、試驗(yàn)力F 及試驗(yàn)力的選擇 F/D2 比值有七種：30、15、10、5、2.5、1.25
和1，其值主要根據(jù)試驗(yàn)材料的種類及其硬度范圍來選擇。
球體直徑D 和F/D2 比值確定后，試驗(yàn)力F 也就確定了。
試驗(yàn)須保證壓痕直徑d 在（0.24～0.6）D 范圍內(nèi)，試樣厚度為壓痕深度10 倍以上。
3）試驗(yàn)力保持時間t 的選擇 試驗(yàn)力保持時間t 主要根據(jù)試樣材料的硬度來選擇。
黑色金屬：t＝10～15s；有色金屬：t＝（30±2）s；<35HBS 的材料：t＝（60±2）s。
2、布氏硬度試驗(yàn)過程
1）試驗(yàn)前，應(yīng)使用與試樣硬度相近的二等標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度塊對硬度計(jì)進(jìn)行校對，即在硬
度塊上不同部位測試五個點(diǎn)的硬度，取其平均值，其值不超過標(biāo)準(zhǔn)硬度塊硬度值的±3％方
可進(jìn)行試驗(yàn)，否則應(yīng)對硬度計(jì)進(jìn)行調(diào)整、修理。
2）接通電源，打開電源開關(guān)。將試樣安放在試驗(yàn)機(jī)工作臺上，轉(zhuǎn)動手輪使工作臺慢慢
上升，使試樣與壓頭緊密接觸，直至手輪與螺母產(chǎn)生相對滑動。同時應(yīng)保證試驗(yàn)過程中試驗(yàn)
力作用方向與試驗(yàn)面垂直，試樣不發(fā)生傾斜、移動、振動。
啟動按鈕開關(guān)，在施力指示燈亮的同時迅速擰緊壓緊螺釘，使圓盤隨曲柄一起回轉(zhuǎn)，
直至自動反向轉(zhuǎn)動為止，施力指示燈熄滅。從施力指示燈亮到熄滅的時間為試驗(yàn)力保持時間，
轉(zhuǎn)動手輪取下試樣。
3）用讀數(shù)顯微鏡在兩個互相垂直的方向測量出試樣表面的壓痕直徑d1 。
4）重復(fù)以上操作，至少測三個點(diǎn)，取壓痕直徑的算術(shù)平均值作為壓痕直徑d。
5）根據(jù)壓痕直徑d 計(jì)算或查表求得布氏硬度值。
測量布氏硬度時，應(yīng)保證：試樣厚度至少為壓痕深度的10 倍，試驗(yàn)后支撐面應(yīng)無可見
變形痕跡；壓痕中心至試樣邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕平均直徑的2.5 倍；兩相鄰壓痕中心距
離不小于壓痕平均直徑的4 倍；當(dāng)試樣硬度小于35HBS 時，上述距離分別為壓痕平均直徑的
3 倍和6 倍。
（二）金屬洛氏硬度試驗(yàn)
1、金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法
金屬洛氏硬度試驗(yàn)常用的三種標(biāo)尺HRA、HRB、HRC 的壓頭有兩種：頂角為120o的金剛
石圓錐體和Ф1.588mm（1/16″）的淬火鋼球。所施加的外力有兩類：初試驗(yàn)力（98.1N）和
主試驗(yàn)力。初試驗(yàn)力是為了使壓頭與試驗(yàn)表面緊密接觸，避免因試樣表面不平整而影響試驗(yàn)
結(jié)果的準(zhǔn)確性，主試驗(yàn)力使試樣表面產(chǎn)生所需壓痕。試驗(yàn)時先施加初試驗(yàn)力，然后施加主試
驗(yàn)力。卸除主試驗(yàn)力后，將會在試樣表面上留下主試驗(yàn)力引起的塑性變形而產(chǎn)生的壓痕。如
壓痕深度為h，則洛氏硬度值為：HR=k-(h/0.002)=k-e, k 值因壓頭不同而異：金剛石圓錐
體壓頭時，k＝100；淬火鋼球壓頭。K＝130。
洛氏硬度三種標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用見教材相關(guān)表格。
2、金屬洛氏硬度試驗(yàn)過程
1）試驗(yàn)前，應(yīng)對硬度計(jì)進(jìn)行校對，方法與布氏硬度計(jì)的校對方法相同。要求平均硬度
值不超過標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值的±1％～1.5％時，方可進(jìn)行試驗(yàn)，否則，應(yīng)對硬度計(jì)進(jìn)行調(diào)整、修
理。
2）將試樣穩(wěn)定地放置在試驗(yàn)機(jī)工作臺上，旋轉(zhuǎn)硬度計(jì)手輪使工作臺和試樣一起上升，
試樣表面與壓頭接觸后繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，度盤指針開始轉(zhuǎn)動，說明已開始施加初試驗(yàn)力，至
98.1N（10kgf，指針達(dá)到規(guī)定標(biāo)志）時，停止轉(zhuǎn)動手輪。
3）調(diào)整表盤使指針指向零點(diǎn)（測HRB 時對準(zhǔn)“30” ）時后，在4～8s 內(nèi)施加完主應(yīng)
力。
4）試驗(yàn)力的保持時間以指針基本停止移動為準(zhǔn)開始計(jì)算時間，其時間推薦如下：施加
試驗(yàn)力后不隨試樣繼續(xù)變形的試樣，保持時間為≤2s；加試驗(yàn)力后隨時間慢慢變形的試樣，
保持時間為6～8s；加試驗(yàn)力后隨時間有明顯變形的試樣，保持時間為20～25s。
5）在2s 內(nèi)平穩(wěn)地卸除主試驗(yàn)力，保持初試驗(yàn)力。
6）從相應(yīng)的標(biāo)尺刻度上讀出硬度值，精確度應(yīng)為0.5 刻度。
7）重復(fù)以上操作，對每個試樣的試驗(yàn)次數(shù)不得少于4 次（第一次不計(jì)）。
8）采用讀數(shù)范圍作為硬度值或采用讀數(shù)的算術(shù)平均值作為硬度值。
測量試樣的洛氏硬度值時，每次更換壓頭、載物臺或支座后的最初兩次試驗(yàn)結(jié)果不能
采用。保證相鄰壓痕中心距及壓痕中心至邊緣距離均不小于3mm。
（三）金屬維氏硬度試驗(yàn)
1、金屬維氏硬度試驗(yàn)方法
金屬維氏硬度試驗(yàn)方法與布氏硬度試驗(yàn)方法基本相同，也是根據(jù)壓痕單位表面積所承
受的試驗(yàn)力來表示硬度值，不同之處是維氏硬度試驗(yàn)所用壓頭是兩對面夾角為136o的金剛
石正四棱錐體。對試樣施力后，將在試樣表層壓出一個正四棱錐形的壓痕，保持規(guī)定時間卸
除試驗(yàn)力后，測量壓痕表面正方形（實(shí)際情況下可能為菱形等形狀）的對角線長度d1、d2，
取其算術(shù)平均值d(d=( d1+d2)/2),由d 值可通過計(jì)算或查表可得維氏硬度值。
1）試驗(yàn)方法及試驗(yàn)力的選擇
維氏硬度試驗(yàn)常用試驗(yàn)力范圍為49.03～980.7N。使用時應(yīng)根據(jù)材料的預(yù)期硬度、試樣
厚度、試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行選擇。盡可能選用較大試驗(yàn)力，以減小壓痕尺寸的測量誤差。
2）試驗(yàn)力保持時間的選擇 試驗(yàn)力保持時間因材料不同而異：黑色金屬為10～15s；
有色金屬為（30±2）s。
2、金屬維氏硬度試驗(yàn)過程
1）試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作
估計(jì)或驗(yàn)證試樣或試驗(yàn)層厚度至少為壓痕對角線平均長度的1.5 倍。
對硬度計(jì)進(jìn)行檢查。在沒有安裝試樣的狀態(tài)下啟動硬度計(jì)，檢查各部位的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，
然后用二等標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢查硬度計(jì)的示值精度是否在允許范圍內(nèi)（±3％硬度塊示值），如果
超差時，應(yīng)排除故障后方能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
試驗(yàn)力的選擇應(yīng)根據(jù)試樣厚度、預(yù)計(jì)硬度值及硬化層深度來選擇。為得到精確的試驗(yàn)
結(jié)果，應(yīng)盡量選用較大的試驗(yàn)力，但試樣硬度大于500HV 時，不允許選用大于490.3（50kgf）
的試驗(yàn)力，以免損壞壓頭。
當(dāng)測定金屬表面處理后的硬度時，表面處理層越薄，應(yīng)選擇越小的試驗(yàn)力。如不知道
表面層硬度時，可選擇不同級別的試驗(yàn)力由小級別到大級別進(jìn)行嘗試性試驗(yàn)，直到兩級試驗(yàn)
力測出的硬度值基本相等為止，并選用小一級試驗(yàn)力進(jìn)行正常實(shí)驗(yàn)。
2）維氏硬度試驗(yàn)過程
選擇試驗(yàn)力；接通電源，打開電源開關(guān)；根據(jù)所需試驗(yàn)力，轉(zhuǎn)動手柄使所需試驗(yàn)力數(shù)
字對準(zhǔn)標(biāo)記；將試樣放在工作臺上，試驗(yàn)力施加時間為2～8s，此時指示燈亮，試驗(yàn)力保持
一段時間（黑色金屬為10～15s；有色金屬為（30±2）s），卸除試驗(yàn)力，指示燈熄滅；轉(zhuǎn)
動手輪使實(shí)驗(yàn)表面脫離金剛石壓頭（約7mm）；轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤手柄使物鏡對準(zhǔn)壓痕，轉(zhuǎn)動手輪至
能在測微目鏡中看到清晰的壓痕為止；測量壓痕兩對角線長度，取其算術(shù)平均值即為壓痕對
角線長度；根據(jù)壓痕對角線長度和所用試驗(yàn)力在維氏硬度換算表中查出硬度值；重復(fù)上述步
驟，每個試樣至少測量三個點(diǎn)，且兩相鄰壓痕中心距和任一壓痕中心距試樣邊緣距離是：黑
色金屬，≥2.5d；有色金屬，≥5d；同時同一壓痕對角線d1、d2，之差不超過短對角線長度
的2％。
3）顯微維氏硬度試樣過程
制備試樣；調(diào)節(jié)顯微硬度計(jì)底座下面的螺釘，使圓水泡居中，將儀器的工作臺處于水
平位置；根據(jù)材料的情況選擇合適的試驗(yàn)力和保持時間；接通電源，打開開關(guān)；將試樣放在
工作臺上，使之在顯微鏡的物鏡下，轉(zhuǎn)動升降手柄，調(diào)整焦距，并轉(zhuǎn)動縱、橫向微分筒，在
視場里找出待測區(qū)域；通過手柄移動工作臺至壓頭下（移動時試樣不要活動）；施加試驗(yàn)力，
試驗(yàn)力的施加時間不大于10s，保持10～15s；卸除試驗(yàn)力，將工作臺輕輕移至顯微鏡的物
鏡下（移動時不要讓試樣活動）；測量壓痕對角線長度，調(diào)整縱、橫微分筒和測微目鏡的鼓
輪，使壓痕的棱角和目鏡中十字交叉線中心精確地重合，讀出所測數(shù)值，然后轉(zhuǎn)動鼓輪使十
字交叉線中心對準(zhǔn)壓痕的對面棱角（有時楞邊不是一直線，而是一曲線時，應(yīng)以棱角頂點(diǎn)為
準(zhǔn)），讀出所測數(shù)值。兩值之差即為壓痕對角線長度，根據(jù)放大倍數(shù)求出壓痕對角線實(shí)際長
度；根據(jù)試驗(yàn)力、對角線長度在顯微維氏硬度換算表中查出硬度值；重復(fù)上述步驟，每個試
樣一般不少于3 個測試點(diǎn)，測對角線長度時測量精度應(yīng)達(dá)到0.4％或0.2μm，相鄰兩壓痕中
心距離和壓痕中心至試樣邊緣應(yīng)大于2.5d(d 以大壓痕的對角線計(jì)算)。
六、思考問題
1、三種硬度試驗(yàn)方法的測量原理有何不同？
2、三種硬度試驗(yàn)方法的應(yīng)用范圍分別是什么？
3、金屬布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的操作注意事項(xiàng)有何不同？
4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是如何獲得的？三種硬度試驗(yàn)方法獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的途徑有何不同？
5、如何表示硬度數(shù)值？
七、實(shí)驗(yàn)成績評定辦法
1、現(xiàn)場觀察能力方面：20 分。
2、現(xiàn)場記錄和資料搜集方面：20 分。
3、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題能力方面：20 分。
4、動手操作和現(xiàn)場回答問題方面：20 分。
5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)效果方面：20 分。
一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、金屬布氏硬度實(shí)驗(yàn)。
2、金屬洛氏硬度實(shí)驗(yàn)。
3、金屬維氏硬度實(shí)驗(yàn)和顯微維氏硬度實(shí)驗(yàn)。
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?br>該實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生熟悉金屬布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的使用方法，鞏固硬度試驗(yàn)方
法的理論知識，掌握各種硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及注意事項(xiàng)。要求學(xué)生具有踏實(shí)的理
論知識，同時也具有嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的作風(fēng)。
三、實(shí)驗(yàn)條件及要求
（一）實(shí)驗(yàn)條件
布氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)、維氏硬度計(jì)和顯維硬度計(jì)，讀數(shù)放大鏡，標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。
推薦試樣用材：灰鑄鐵、硬質(zhì)合金、經(jīng)滲氮后的 38CrMoAl、經(jīng)滲碳淬火后的20 鋼、
經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的45 鋼、淬火低溫回火的T12 鋼、黃銅。
（二）要求
制備試樣過程中不得使試樣因冷、熱加工影響試驗(yàn)面原來的硬度。試驗(yàn)面應(yīng)為光滑的
平面，不應(yīng)有氧化皮及污物，試驗(yàn)面的粗糙度因試驗(yàn)方法不同而不同：測布氏硬度、洛氏硬
度時，Ra≤0.8μm；測維氏硬度時，Ra≤0.2μm；測小負(fù)荷維氏硬度和顯維硬度時，Ra≤
0.1μm、如果測定相的硬度時，試驗(yàn)面應(yīng)進(jìn)行拋光和腐蝕制成金相試樣。
試驗(yàn)時，應(yīng)保證試驗(yàn)力垂直作用于試驗(yàn)面上，保證試驗(yàn)面不產(chǎn)生變形、撓曲和振動。
試驗(yàn)應(yīng)在10～35℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
不同硬度試驗(yàn)對試樣及試驗(yàn)操作尚有具體要求。
四、實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識點(diǎn)
1、硬度試驗(yàn)原理。
2、對試樣的要求。
3、硬度試驗(yàn)方法的選擇。
4、各種硬度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、操作方法及注意事項(xiàng)。
5、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得。
6、不同硬度試驗(yàn)方法的關(guān)系。
五、實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟
（一）金屬布氏硬度試驗(yàn)
金屬布氏硬度值是單位壓痕表面積所承受的外力。
1、試驗(yàn)規(guī)范的選擇
布氏硬度試驗(yàn)時應(yīng)根據(jù)測試材料的硬度和試樣厚度選擇試驗(yàn)規(guī)范，即壓頭材料與直徑、
F/D2 值、試驗(yàn)力F 及試驗(yàn)力保持時間t。
1）壓頭材料與直徑的選擇 壓頭有淬火鋼球和硬質(zhì)合金球兩種。淬火鋼球適用于測
量450HBS 以下材料（如熱軋或正火、退火鋼材，灰鑄鐵，有色金屬及其合金等）的硬度，
硬質(zhì)合金壓頭適用于測量450HBS 以上材料（如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼）的硬度。
球體直徑D 的選擇按GB231-2003《金屬布氏硬度試驗(yàn)方法》有五種，即10mm、5mm、
2.5mm、2mm 和1mm。壓頭直徑可根據(jù)試樣厚度選擇，見壓頭直徑、壓痕平均直徑與試樣最小
厚度關(guān)系表。選擇壓頭直徑時，在試樣厚度允許的條件下盡量選用10mm 球體作壓頭，以便
得到較大的壓痕，使所測的硬度值具有代表性和重復(fù)性，從而更充分地反映出金屬的平均硬
度。
2）F/D2、試驗(yàn)力F 及試驗(yàn)力的選擇 F/D2 比值有七種：30、15、10、5、2.5、1.25
和1，其值主要根據(jù)試驗(yàn)材料的種類及其硬度范圍來選擇。
球體直徑D 和F/D2 比值確定后，試驗(yàn)力F 也就確定了。
試驗(yàn)須保證壓痕直徑d 在（0.24～0.6）D 范圍內(nèi)，試樣厚度為壓痕深度10 倍以上。
3）試驗(yàn)力保持時間t 的選擇 試驗(yàn)力保持時間t 主要根據(jù)試樣材料的硬度來選擇。
黑色金屬：t＝10～15s；有色金屬：t＝（30±2）s；<35HBS 的材料：t＝（60±2）s。
2、布氏硬度試驗(yàn)過程
1）試驗(yàn)前，應(yīng)使用與試樣硬度相近的二等標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度塊對硬度計(jì)進(jìn)行校對，即在硬
度塊上不同部位測試五個點(diǎn)的硬度，取其平均值，其值不超過標(biāo)準(zhǔn)硬度塊硬度值的±3％方
可進(jìn)行試驗(yàn)，否則應(yīng)對硬度計(jì)進(jìn)行調(diào)整、修理。
2）接通電源，打開電源開關(guān)。將試樣安放在試驗(yàn)機(jī)工作臺上，轉(zhuǎn)動手輪使工作臺慢慢
上升，使試樣與壓頭緊密接觸，直至手輪與螺母產(chǎn)生相對滑動。同時應(yīng)保證試驗(yàn)過程中試驗(yàn)
力作用方向與試驗(yàn)面垂直，試樣不發(fā)生傾斜、移動、振動。
啟動按鈕開關(guān)，在施力指示燈亮的同時迅速擰緊壓緊螺釘，使圓盤隨曲柄一起回轉(zhuǎn)，
直至自動反向轉(zhuǎn)動為止，施力指示燈熄滅。從施力指示燈亮到熄滅的時間為試驗(yàn)力保持時間，
轉(zhuǎn)動手輪取下試樣。
3）用讀數(shù)顯微鏡在兩個互相垂直的方向測量出試樣表面的壓痕直徑d1 。
4）重復(fù)以上操作，至少測三個點(diǎn)，取壓痕直徑的算術(shù)平均值作為壓痕直徑d。
5）根據(jù)壓痕直徑d 計(jì)算或查表求得布氏硬度值。
測量布氏硬度時，應(yīng)保證：試樣厚度至少為壓痕深度的10 倍，試驗(yàn)后支撐面應(yīng)無可見
變形痕跡；壓痕中心至試樣邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕平均直徑的2.5 倍；兩相鄰壓痕中心距
離不小于壓痕平均直徑的4 倍；當(dāng)試樣硬度小于35HBS 時，上述距離分別為壓痕平均直徑的
3 倍和6 倍。
（二）金屬洛氏硬度試驗(yàn)
1、金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法
金屬洛氏硬度試驗(yàn)常用的三種標(biāo)尺HRA、HRB、HRC 的壓頭有兩種：頂角為120o的金剛
石圓錐體和Ф1.588mm（1/16″）的淬火鋼球。所施加的外力有兩類：初試驗(yàn)力（98.1N）和
主試驗(yàn)力。初試驗(yàn)力是為了使壓頭與試驗(yàn)表面緊密接觸，避免因試樣表面不平整而影響試驗(yàn)
結(jié)果的準(zhǔn)確性，主試驗(yàn)力使試樣表面產(chǎn)生所需壓痕。試驗(yàn)時先施加初試驗(yàn)力，然后施加主試
驗(yàn)力。卸除主試驗(yàn)力后，將會在試樣表面上留下主試驗(yàn)力引起的塑性變形而產(chǎn)生的壓痕。如
壓痕深度為h，則洛氏硬度值為：HR=k-(h/0.002)=k-e, k 值因壓頭不同而異：金剛石圓錐
體壓頭時，k＝100；淬火鋼球壓頭。K＝130。
洛氏硬度三種標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和應(yīng)用見教材相關(guān)表格。
2、金屬洛氏硬度試驗(yàn)過程
1）試驗(yàn)前，應(yīng)對硬度計(jì)進(jìn)行校對，方法與布氏硬度計(jì)的校對方法相同。要求平均硬度
值不超過標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值的±1％～1.5％時，方可進(jìn)行試驗(yàn)，否則，應(yīng)對硬度計(jì)進(jìn)行調(diào)整、修
理。
2）將試樣穩(wěn)定地放置在試驗(yàn)機(jī)工作臺上，旋轉(zhuǎn)硬度計(jì)手輪使工作臺和試樣一起上升，
試樣表面與壓頭接觸后繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，度盤指針開始轉(zhuǎn)動，說明已開始施加初試驗(yàn)力，至
98.1N（10kgf，指針達(dá)到規(guī)定標(biāo)志）時，停止轉(zhuǎn)動手輪。
3）調(diào)整表盤使指針指向零點(diǎn)（測HRB 時對準(zhǔn)“30” ）時后，在4～8s 內(nèi)施加完主應(yīng)
力。
4）試驗(yàn)力的保持時間以指針基本停止移動為準(zhǔn)開始計(jì)算時間，其時間推薦如下：施加
試驗(yàn)力后不隨試樣繼續(xù)變形的試樣，保持時間為≤2s；加試驗(yàn)力后隨時間慢慢變形的試樣，
保持時間為6～8s；加試驗(yàn)力后隨時間有明顯變形的試樣，保持時間為20～25s。
5）在2s 內(nèi)平穩(wěn)地卸除主試驗(yàn)力，保持初試驗(yàn)力。
6）從相應(yīng)的標(biāo)尺刻度上讀出硬度值，精確度應(yīng)為0.5 刻度。
7）重復(fù)以上操作，對每個試樣的試驗(yàn)次數(shù)不得少于4 次（第一次不計(jì)）。
8）采用讀數(shù)范圍作為硬度值或采用讀數(shù)的算術(shù)平均值作為硬度值。
測量試樣的洛氏硬度值時，每次更換壓頭、載物臺或支座后的最初兩次試驗(yàn)結(jié)果不能
采用。保證相鄰壓痕中心距及壓痕中心至邊緣距離均不小于3mm。
（三）金屬維氏硬度試驗(yàn)
1、金屬維氏硬度試驗(yàn)方法
金屬維氏硬度試驗(yàn)方法與布氏硬度試驗(yàn)方法基本相同，也是根據(jù)壓痕單位表面積所承
受的試驗(yàn)力來表示硬度值，不同之處是維氏硬度試驗(yàn)所用壓頭是兩對面夾角為136o的金剛
石正四棱錐體。對試樣施力后，將在試樣表層壓出一個正四棱錐形的壓痕，保持規(guī)定時間卸
除試驗(yàn)力后，測量壓痕表面正方形（實(shí)際情況下可能為菱形等形狀）的對角線長度d1、d2，
取其算術(shù)平均值d(d=( d1+d2)/2),由d 值可通過計(jì)算或查表可得維氏硬度值。
1）試驗(yàn)方法及試驗(yàn)力的選擇
維氏硬度試驗(yàn)常用試驗(yàn)力范圍為49.03～980.7N。使用時應(yīng)根據(jù)材料的預(yù)期硬度、試樣
厚度、試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行選擇。盡可能選用較大試驗(yàn)力，以減小壓痕尺寸的測量誤差。
2）試驗(yàn)力保持時間的選擇 試驗(yàn)力保持時間因材料不同而異：黑色金屬為10～15s；
有色金屬為（30±2）s。
2、金屬維氏硬度試驗(yàn)過程
1）試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作
估計(jì)或驗(yàn)證試樣或試驗(yàn)層厚度至少為壓痕對角線平均長度的1.5 倍。
對硬度計(jì)進(jìn)行檢查。在沒有安裝試樣的狀態(tài)下啟動硬度計(jì)，檢查各部位的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，
然后用二等標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢查硬度計(jì)的示值精度是否在允許范圍內(nèi)（±3％硬度塊示值），如果
超差時，應(yīng)排除故障后方能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
試驗(yàn)力的選擇應(yīng)根據(jù)試樣厚度、預(yù)計(jì)硬度值及硬化層深度來選擇。為得到精確的試驗(yàn)
結(jié)果，應(yīng)盡量選用較大的試驗(yàn)力，但試樣硬度大于500HV 時，不允許選用大于490.3（50kgf）
的試驗(yàn)力，以免損壞壓頭。
當(dāng)測定金屬表面處理后的硬度時，表面處理層越薄，應(yīng)選擇越小的試驗(yàn)力。如不知道
表面層硬度時，可選擇不同級別的試驗(yàn)力由小級別到大級別進(jìn)行嘗試性試驗(yàn)，直到兩級試驗(yàn)
力測出的硬度值基本相等為止，并選用小一級試驗(yàn)力進(jìn)行正常實(shí)驗(yàn)。
2）維氏硬度試驗(yàn)過程
選擇試驗(yàn)力；接通電源，打開電源開關(guān)；根據(jù)所需試驗(yàn)力，轉(zhuǎn)動手柄使所需試驗(yàn)力數(shù)
字對準(zhǔn)標(biāo)記；將試樣放在工作臺上，試驗(yàn)力施加時間為2～8s，此時指示燈亮，試驗(yàn)力保持
一段時間（黑色金屬為10～15s；有色金屬為（30±2）s），卸除試驗(yàn)力，指示燈熄滅；轉(zhuǎn)
動手輪使實(shí)驗(yàn)表面脫離金剛石壓頭（約7mm）；轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤手柄使物鏡對準(zhǔn)壓痕，轉(zhuǎn)動手輪至
能在測微目鏡中看到清晰的壓痕為止；測量壓痕兩對角線長度，取其算術(shù)平均值即為壓痕對
角線長度；根據(jù)壓痕對角線長度和所用試驗(yàn)力在維氏硬度換算表中查出硬度值；重復(fù)上述步
驟，每個試樣至少測量三個點(diǎn)，且兩相鄰壓痕中心距和任一壓痕中心距試樣邊緣距離是：黑
色金屬，≥2.5d；有色金屬，≥5d；同時同一壓痕對角線d1、d2，之差不超過短對角線長度
的2％。
3）顯微維氏硬度試樣過程
制備試樣；調(diào)節(jié)顯微硬度計(jì)底座下面的螺釘，使圓水泡居中，將儀器的工作臺處于水
平位置；根據(jù)材料的情況選擇合適的試驗(yàn)力和保持時間；接通電源，打開開關(guān)；將試樣放在
工作臺上，使之在顯微鏡的物鏡下，轉(zhuǎn)動升降手柄，調(diào)整焦距，并轉(zhuǎn)動縱、橫向微分筒，在
視場里找出待測區(qū)域；通過手柄移動工作臺至壓頭下（移動時試樣不要活動）；施加試驗(yàn)力，
試驗(yàn)力的施加時間不大于10s，保持10～15s；卸除試驗(yàn)力，將工作臺輕輕移至顯微鏡的物
鏡下（移動時不要讓試樣活動）；測量壓痕對角線長度，調(diào)整縱、橫微分筒和測微目鏡的鼓
輪，使壓痕的棱角和目鏡中十字交叉線中心精確地重合，讀出所測數(shù)值，然后轉(zhuǎn)動鼓輪使十
字交叉線中心對準(zhǔn)壓痕的對面棱角（有時楞邊不是一直線，而是一曲線時，應(yīng)以棱角頂點(diǎn)為
準(zhǔn)），讀出所測數(shù)值。兩值之差即為壓痕對角線長度，根據(jù)放大倍數(shù)求出壓痕對角線實(shí)際長
度；根據(jù)試驗(yàn)力、對角線長度在顯微維氏硬度換算表中查出硬度值；重復(fù)上述步驟，每個試
樣一般不少于3 個測試點(diǎn)，測對角線長度時測量精度應(yīng)達(dá)到0.4％或0.2μm，相鄰兩壓痕中
心距離和壓痕中心至試樣邊緣應(yīng)大于2.5d(d 以大壓痕的對角線計(jì)算)。
六、思考問題
1、三種硬度試驗(yàn)方法的測量原理有何不同？
2、三種硬度試驗(yàn)方法的應(yīng)用范圍分別是什么？
3、金屬布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的操作注意事項(xiàng)有何不同？
4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是如何獲得的？三種硬度試驗(yàn)方法獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的途徑有何不同？
5、如何表示硬度數(shù)值？
七、實(shí)驗(yàn)成績評定辦法
1、現(xiàn)場觀察能力方面：20 分。
2、現(xiàn)場記錄和資料搜集方面：20 分。
3、發(fā)現(xiàn)問題及解決問題能力方面：20 分。
4、動手操作和現(xiàn)場回答問題方面：20 分。
5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)效果方面：20 分。
工商網(wǎng)監(jiān)
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