2.1 硬度試驗的簡介

2.1.1、硬度試驗的概述

金屬的硬度可以認為是金屬材料表面在接觸應力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測量能夠給出金屬材料軟硬的數量概念。由於在金屬表面以下不同深度的材料承受的應力和所發生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合的反映壓痕附近局部體積內金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強化能力以及大量形變抗力。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形的能力越大，材料所產生的塑性變形就越困難。另外，硬度與其它機械性能（如強度指標σ_b及塑性指標Ψ和δ）之間有著一定的內在聯繫，所以從某種意義上說硬度的大小對於機械零件或工具的使用性能以及壽命具有決定性的意義。

硬度的試驗方法有很多，在機械工業中廣泛採用壓入法來測定硬度，壓入法又可以分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。

壓入法硬度試驗的主要特徵是：

1. 試驗時應力狀態最軟（即最大切應力遠遠大於最大正應力），因而不論是塑性材料還是脆性材料均能發生塑性變形。

2. 金屬的硬度與強度指標之間存在如下近似的關係：σ_b＝K·HB ,

  式中：σ_b －－－材料的抗拉強度值；

             HB－－－布氏硬度值；

               K－－－係數；

              退火狀態的碳鋼 K＝0.34～0.36

              合金調質鋼 K＝0.33～0.35

              有色金屬合金 K＝0.33～0.53

3. 硬度值對材料的耐磨性、疲勞強度等性能也有定性的參考價值，通常情況下，當硬度值越高，這些性能也就越好。在機械零件設計圖紙上對性能的技術要求，往往只是標注硬度值，其原因就在於此。

4. 硬度測定後由於僅在金屬表面局部體積內產生很小的壓痕，並不損壞零件，因而適合於成品檢驗。

5. 設備簡單，操作迅速方便。   

實驗目的：主要是瞭解硬度測定的基本原理及應用範圍；布氏、洛氏硬度試驗機的主要結構和操作方法。

實驗設備：HB－3000型布氏硬度試驗機和H－100型洛氏硬度試驗機以及相關的讀數放大鏡等儀器。

試樣：Ф20×10毫米的45鋼的淬火和調質狀態，Ф20×10毫米的硬鋁。

下圖2-1和圖2-2分別是HB－3000型布氏硬度試驗機、H－100型洛氏硬度試驗機的實物圖。

2.1.2、注意事項

1. 試樣兩端要平行，表面要平整，若有油污或氧化皮，可用砂紙打磨，以免影響測試。

2. 圓柱型試樣應放在帶有“V”型槽的工作臺上操作，以免試樣滾動。

3. 載入時應細心操作，以免損壞壓頭。

4. 加預載荷（10kgf）時，若發現阻力太大，應停止載入，立即報告，檢查原因。

5. 測定硬度值，卸掉載荷後，必須使壓頭完全離開試樣後再取下試樣。

6. 金剛鑽壓頭系貴重物件，質硬而脆，使用時要小心謹慎，嚴禁與試樣或其它物體碰撞。

7. 應根據硬度試驗機使用範圍，按規定合理選用不同的載荷和壓頭，超過使用範圍將不能獲得準確的硬度值。