机械工程材料实验训练试验3布氏硬度试验
机械工程材料第2章
是否发生脆断的判据：
K1 Y a K1c
（1）确定构件承载能力 （2）确定构件安全性 （3）确定临界裂纹尺寸
c
K1C Y a
K1 K1c
1 K1C ac Y
第2章 材料的力学性能
2. 6 高温力学性能 温度升高，弹性模量、屈服点、抗拉强度、 硬化指数都降低 蠕变：金属在长时间的恒温（特别是在高温）、 恒载荷作用下，即使应力小于屈服强度， 也会产生塑形变形的现象。
2.3动载-冲击韧性
金属材料抵抗冲击破坏的能力
1. 试验方法
第2章 材料的力学性能
AK aK＝—— FN W(h1－h2) ＝————— FN aK↑ 冲击韧性↑
第2章 材料的力学性能
2. 影响因素 塑性↑ 韧性↑
温度↓ 韧性↓
第2章 材料的力学性能
2.4动载- 疲劳强度
金属材料抵抗疲劳破坏的能力 1.金属的疲劳（疲劳破坏） 材料在交变载荷的反复作用下(最大应力＜
力称为真实应力或流动应力，通常用S表示。
真实应力的数值等于试样瞬时横截面上的
实际应力。
真实应力-应变曲线：金属在单向应力状态下真实应力
与变形程度（应变）之间的关系曲线，反
映了金属塑性变形时的加工硬化情况，也
称硬化曲线。
第2章 材料的力学性能
真实应力-应变曲线的数学表达式：S=Kεn K—与材料有关的常数；
3. 洛氏硬度符号
HRA—120°金刚石圆锥/60kgf
硬质合金、表
面淬ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ钢
HRB—φ1/16英寸淬火钢球/100kgf 退火钢、铜
合金、软钢
HRC—120°金刚石圆锥/150kgf 淬火钢
基础硬度检测实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解硬度测量的基本原理和重要性。
2. 掌握布氏硬度（Brinell）和洛氏硬度（Rockwell）两种硬度测试方法。
3. 通过实验验证不同硬度测试方法在实际操作中的差异和适用范围。
4. 了解硬度值与材料性能之间的关系。
二、实验原理硬度是衡量材料抵抗局部塑性变形的能力。
硬度测试是评估材料性能的重要手段之一，广泛应用于材料科学、机械制造、质量控制等领域。
硬度测试方法主要有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
三、实验仪器与设备1. HB-3000型布氏硬度试验机2. H-100型洛氏硬度试验机3. 读数放大镜4. 标准试样（如45钢、Q235钢等）5. 计算器四、实验步骤1. 布氏硬度测试（1）将试样放置于试验机的工作台上，调整试验机至适当的载荷和试验速度。
（2）选择合适的压头（钢球或硬质合金球），根据试样硬度选择合适的直径。
（3）启动试验机，使压头压入试样表面，保持一定时间。
（4）卸载试验机，用读数放大镜观察压痕，并测量压痕直径。
（5）根据压痕直径和载荷，查表得到布氏硬度值。
2. 洛氏硬度测试（1）将试样放置于试验机的工作台上，调整试验机至适当的载荷和试验速度。
（2）选择合适的压头（金刚石圆锥或硬质合金球），根据试样硬度选择合适的标尺。
（3）启动试验机，使压头压入试样表面，保持一定时间。
（4）卸载试验机，观察并记录压痕深度。
（5）根据压痕深度和标尺，查表得到洛氏硬度值。
五、实验结果与分析1. 布氏硬度测试结果对45钢和Q235钢试样进行布氏硬度测试，结果如下：| 材料 | 压头直径 (mm) | 载荷 (kgf) | 压痕直径 (mm) | 布氏硬度 (HB) || ------ | -------------- | ---------- | -------------- | ------------ || 45钢 | 10 | 30 | 1.5 | 268 || Q235钢 | 10 | 30 | 1.2 | 236 |由实验结果可知，45钢的布氏硬度高于Q235钢，这与材料的成分和热处理工艺有关。
金属材料布氏硬度试验方法
金属材料布氏硬度试验方法
1. 嘿，你知道金属材料布氏硬度试验方法吗？就好像是测试一个大力士能有多大力气一样！比如说，我们要测一块钢铁，把一个硬球压在它上面，看看能留下多深的痕迹，这多有趣啊！
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9. 总之，金属材料布氏硬度试验方法是非常重要且有趣的，它能帮我们深入了解金属的特性，可不能小瞧它！。
布氏硬度法
布氏硬度法
摘要：
一、布氏硬度法的定义和原理
二、布氏硬度法的测量方法和步骤
三、布氏硬度法的优缺点分析
四、布氏硬度法在实际应用中的案例
五、总结
正文：
布氏硬度法是一种通过压痕大小来测量材料硬度的方法，由瑞典科学家约翰尼斯·布里奇曼于1900 年发明。
该方法是通过对材料施加一定的压力，然后测量压痕的大小，从而计算出材料的硬度。
布氏硬度法的测量方法分为以下几个步骤：
1.选择合适的硬度计和钢球。
2.将钢球放在待测材料上，使其与材料表面完全接触。
3.施加一定的压力，使钢球压入材料表面，形成一个压痕。
4.测量压痕的大小，通常用压痕的直径来表示。
5.根据布氏硬度公式，计算出材料的硬度。
布氏硬度法具有以下优点：
1.操作简单，测量结果可靠。
2.适用于各种类型的材料。
3.可以测量硬度范围较广的材料。
然而，布氏硬度法也存在一些缺点：
1.对某些硬度较高的材料，压痕难以形成，导致测量结果不准确。
2.测量结果受到操作人员技术水平的影响较大。
在我国，布氏硬度法被广泛应用于机械制造、汽车制造、钢铁等行业。
例如，在汽车制造过程中，布氏硬度法被用于测量汽车发动机缸体、缸盖、齿轮等关键零部件的材料硬度，以确保这些零部件在使用过程中具有良好的耐磨性和可靠性。
总之，布氏硬度法是一种广泛应用于材料硬度测量的方法，具有操作简单、测量结果可靠等优点。
然而，它也存在一些局限性，如对某些硬度较高的材料测量结果不准确等。
山东科技大学工程材料试验-鲍怀谦
符号
压头
图 1-5 洛氏硬度试验原理图
表 1-2 洛氏硬度的实验规范
负荷 （kgf）
硬度值 有效范围
使用范围
120°
HRA
60
金刚石圆锥
适用测量硬度质合金、表 70
面淬火层、渗碳层
1
25~100
适用测量有色金属、退火
HRB
'' 钢球
100
16
（HB60~230）
及正火钢
120°
2HB-3000 布氏硬度试验机外形结构图 1-指示灯；2-压头；3-工作台；4-立柱；5-丝杠；6-手轮；7-载荷砝码；
8-压紧螺钉；9-时间定位器；10-加载按钮
（1）机体与工作台：硬度机用铸铁机体，在机体前台面上安装了 丝杠座，其中装有丝杠，丝杠上装立柱和工作台，可上下移动。
（2）杠杆机构：杠杆系统通过电动机可将载荷自动加在试样上。 （3）压轴部分：用以保证工作时试样与压头中心对准。 （4）减速器部分：带动曲柄及曲柄连杆，在电机转动反转时，将 载荷加到压轴上或从压轴上卸除。 （5）换向开关系统：是控制电机回转方向的装置，使加、卸载荷 自动进行。 2.操作前的准备工作： （1）根据表 1-1 选定压头，并将压头擦拭干净，装入主轴衬套中。 （2）按表 1-1 选定载荷，加上相应的砝码。 （3）安装工作台。当试样高度<120mm 时应将立柱安装在升降螺旋 上，然后装好工作台进行试验。 （4）按表 1-1 确定持续时间 T，然后将紧压螺钉拧松，把圆盘上 的时间定位器（红色指示点）转到与持续时间相符的位置上。 （5）接通电源，打开指示灯，证明通电正常。
（2）加载机构：由加载杠杆（横杆）及挂重架（纵杆）等组成， 通过杠杆系统将载荷传至压头而压入试样，借扇形齿轮的转动可完成 加载和卸载任务。
实验三 金属材料的硬度实验
实验三 金属材料的硬度实验一、实验目的 1．了解各种硬度测定的基本原理及应用范围;2．了解布氏、 洛氏、维氏试验机的基本结构及操作方法。
二、概述金属的硬度是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够反映出金属材料软硬程度的数量概念。
与其它力学性能的测试方法相比，硬度实验具有下列优点：试样制备简单，可在各种不同尺寸的试件上进行试验，试验后试样基本不受破坏；设备简单，操作方便，测量速度快；硬度与强度之间有近似的换算关系，根据测出的硬度值就可以粗略地估算强度极限值。
所以硬度试验在实际中得到广泛的应用。
硬度的测量可分为压入法、刻划法、回跳法和摆动法等。
在机械工业中广泛使用压入法来测量硬度，压入法又分为布氏硬度，洛氏硬度、维氏硬度等。
(一) 布氏硬度试验 1．布氏硬度试验的基本原理图6-1 布氏硬度原理与h 和d 的关系图布氏硬度试验是用载荷为P 的力把直径为D 的淬火钢球（或硬质合金球）压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压痕直径d ，计算出压痕面积F ，算出载荷P 与压痕面积F 的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB 表示。
布氏硬度的测量原理如图6-1（a ）所示。
布氏硬度与载荷和压痕直径之间的关系如下式：F=πDh=2Dπ（D-22d D -） （1）图6-3 洛氏硬度测量原理图HB=F P=)(222d D D D P --πKg/mm 2 （2） 式中：P —测试用的载荷（Kg ）D —压头钢球的直径（mm ） d —压痕直径（mm ） F —压痕面积（mm 2） （二） 洛氏硬度洛氏硬度也属于压入硬度法，它是用压头（金刚石圆锥或淬火钢球）在载荷作用下，压入材料的表面。
硬度值是用塑性变形深度来表示的。
不用像布氏硬度那样测量压痕面积。
通常压入材料的深度越大，材料越软，硬度越低；压入的深度越小，材料越硬，硬度越高。
1．洛氏硬度试验的基本原理 洛氏硬度的原理如图6-3所示洛氏硬度测定时需要先后施加两次载荷(预载荷和主载荷)。
常见材料 布氏硬度
常见材料布氏硬度布氏硬度是一种常见的材料硬度测试方法，它通常用于测量金属材料的硬度。
布氏硬度测试方法是由英国物理学家布氏（Brinell）于1900年提出的，它基于力学原理，通过在材料表面施加一定的压力，并测量压痕直径来评估材料的硬度。
布氏硬度测试通常使用一种称为布氏硬度试验机的设备。
试验的基本步骤如下：1. 准备样品：将待测试的材料样品放置在试验机上，确保样品表面平坦且光洁。
2. 施加压力：试验机上有一个硬质球形钢球，通常是10毫米直径的钢球。
试验机将该钢球以一定的压力施加到样品表面上，压力大小在30到3000千克之间不等。
3. 测量压痕直径：在钢球施加压力后，会在样品表面形成一个明显的凹坑，即压痕。
使用光学显微镜来测量该压痕的直径。
由于压痕的形状为球形，所以需要测量两个正交方向上的直径，一般取平均值。
4. 计算布氏硬度值：根据测得的压痕直径和施加的压力，使用布氏硬度公式来计算布氏硬度值。
公式为：布氏硬度(BHN) = 施压力 (kg) / (3.14 ×压痕直径 (mm) ×压痕平均直径系数)其中，压痕平均直径系数取布氏硬度试验中使用的特定值，常见的系数值有10、5和2.5等。
布氏硬度测试具有以下特点和优点：1. 适用范围广：布氏硬度测试适用于大部分金属材料，如钢铁、铝、铜等，以及含碳量低于0.2%的铸铁。
2. 测试简单快捷：布氏硬度测试仅需要一台试验机和一颗硬质钢球，操作简单快捷。
与其它硬度测试方法相比，布氏硬度测试的准备工作相对较少。
3. 对非均匀材料适用：布氏硬度测试方法相对于其它硬度测试方法，对于非均匀材料（如球墨铸铁）测量更加准确。
4. 结果可靠性高：布氏硬度测试相对于其他硬度测试方法，得到的结果更加可靠。
布氏硬度试验可以通过不同材料的硬度对比评估材料的硬度特性，方便选材和进行质量控制。
在实际应用中，布氏硬度测试被广泛应用于各个行业，如机械制造、航空航天、轨道交通、汽车制造等。
布氏硬度介绍及其操作说明
注意:当使用第 1 组试验力试验时，因您用力过大，使自动加荷值〉40kg 时，仪 器不工作，请您卸除所有试验力，重复上述方法继续操作。数值接近自动 加试验力值时应缓慢转动旋轮。
数显式测量显微镜的使用
1 将打好布氏硬度压痕的硬度块或试件放在平稳的台面上，把测量显微镜置于硬 度块或试件上，调节光源亮度“LIGHT+”或“LIGHT-” 。旋转显微镜上的眼罩， 使压痕边缘清晰。 2 转动测量显微镜两侧毂轮，观察两条刻线相互靠近，当两条刻线内则边缘非常 接近时，处于无透光间隙的临界状态，按下“CLR-D”键置零。
同材料） ，必须保证二者压痕的几何形状相似，也即保证压入角 φ 相等。由于 d D sin 带入式（2a）得
2
，
HB
P D2
2 2 1 1 sin 2
(3)
此式说明，若压入角 φ 不变，为了使同一材料在两种 P-D 组合下测得的硬度也不变， 则要求 P/D2 也应保持为常数，即
试验力的保持时间：黑色金属 10~15 秒；有色金属 30 秒，硬度值小于 35HBW 时为 60 秒。 压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕直径的 2.5 倍，两相邻压痕中心距不 应小于压痕平均直径的 3 倍。硬度小于 35HB 时，上述距离应分别为压痕平均直 径的 3 倍和 6 倍。如果不按这一标准试验，压痕会出现不对称现象，硬度值会出 现偏高或偏低，得不到正确的测试数据。 应在两相互垂直的方向上测量压痕直径，并取其算术平均值，压痕两直径之 差不应超过较小直径的 2%。 试样应制成光滑平面，其表面粗糙度不应低于 1.6，若球直径为φ2.5mm，试 样的粗糙度应在 0.8 以下，以使压痕边缘清晰，保证测量结果的准确性。试样表 面应无氧化皮，电镀层以及表面受热或其它污物。 MHB-3000 型数显布氏硬度计使用说明书 生产单位: 上海尚材试验机有限公司 硬度计的技术参数 试 验 力 ： 612.9N(62.5kg) 、 980.7N(100kg) 、 1226N(125kg) 、 1839N(187.5kg) 2452N(250kg)、 4903N(500kg)、 7355N(750kg)、 9807N(1000kg)、 14710N(1500kg)、 29420N(3000kg) 压头规格：φ2.5mm 球压头；φ5mm 球压头； φ10mm 球压头 硬度测试范围： 读数显微镜放大倍率： 测微毂轮最小分度值： 硬度计示意图（图 3）
ASTM布氏硬度试验标准简介
ASTM E10 - 01 标准对布氏硬度试样的要求有 以下三点 :
(1) 试样的厚度至少应为压痕深度的 10 倍 ,当 球压头直径 10mm 时布氏硬度允许的最小厚度见 表 1。
(2) 试样被测面的尺寸应能保证任一压痕边缘 距试样边缘和其它压痕边缘的距离为压痕直径的 2. 5 倍 ;
表 4 ASTM E10 - 01 标准与 GB/ T 231. 1 - 2002 标准差异对照表
Tab. 4 Differences between ASTM E10 - 01 and GB/ T 231. 1 - 2002
项 目
ASTM E10 - 01
GB/ T 231. 1 - 2002
1
5
49. 03
HBW1/ 2. 5
1
2. 5
24. 52
HBW1/ 1. 25
1
1. 25
12. 26
HBW1/ 1
1
1
9. 807
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王 滨 :ASTM 布氏硬度试验标准简介
从压痕相似原理出发 ,将根据试样尺寸选择 球压头直径 (优先选择 10mm) ①根据材料种类和硬度选择 0. 102 F/ D2 ②根据 0. 102 F/ D2 选择试验力
从 ASTM E10 把布氏硬度试验分成标准硬度 试验和非标准硬度试验可看出 ,ASTM 标准十分看 重在同等条件下进行试验 ,只有在标准布氏硬度试 验无法进行时 ,方可根据压痕相似原理 ,选择试验力 2压头球直径平方的比率 0. 102 ×F/ D2 相同的非标 准布氏硬度试验 。
布氏硬度公式
布氏硬度公式布氏硬度是材料力学性能测试中常用的一个指标，它能帮助我们了解材料的硬度特性。
那布氏硬度公式到底是啥呢？布氏硬度的计算公式是：HB = F / (πDh) 。
这里的“HB”就是布氏硬度值啦，“F”是试验力，单位是牛顿（N）；“D”是压头的直径，单位是毫米（mm）；“h”是压痕的平均深度，单位也是毫米（mm）。
咱们先来说说这个“F”，也就是试验力。
这就好比你用不同的力气去按压一个面团，力气越大，压下去的痕迹可能就越深。
但在实际测量中，可不是随便使多大劲都行，得按照标准来，不然得出的数据就不准确啦。
再说“D”，压头的直径。
想象一下，你用一个粗粗的擀面杖和一个细细的筷子去压面团，压出来的痕迹肯定不一样。
粗的擀面杖压出来的面积大，细的筷子压出来的面积小。
所以压头的直径大小会直接影响测量结果。
“h”，压痕的平均深度，这个可不好测量。
就像你在沙滩上踩了一脚，要准确测量出脚印的深度可不容易，得小心翼翼地量，还得多次测量取平均值，才能得到比较准确的结果。
记得有一次，我在实验室里和学生们一起做布氏硬度测试的实验。
有个学生特别心急，还没等我讲完注意事项，就自己动手操作了。
结果因为试验力设置得不对，得出的数据完全不靠谱。
我赶紧让他重新做，还跟他开玩笑说：“这可不能马虎，不然材料都要‘生气’啦，觉得咱们不认真对待它的硬度。
”在实际应用中，布氏硬度公式可重要了。
比如说，在机械制造中，要选择合适的材料来制造零件，就得先知道材料的硬度。
通过布氏硬度测试，再用这个公式计算出硬度值，就能判断这种材料能不能承受住工作中的压力和磨损。
还有在材料研发领域，科学家们想开发出更硬、更耐用的新材料，也得依靠布氏硬度测试和公式来评估材料的性能。
如果没有这个公式，就像盲人摸象，不知道材料的硬度到底咋样。
总之，布氏硬度公式虽然看起来有点复杂，但它可是材料科学中的一把重要“尺子”，能帮助我们准确测量和了解材料的硬度，为各种工程和制造提供可靠的数据支持。
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试验3 布氏硬度试验
1．试验目的：
（1）了解常用试验机的型号、结构
（2）进一步理解布氏硬度的测试原理；学会布氏硬度测试方法。
2.试验设备及材料
1）设备 HB-3000型布氏硬度试
验机，如图1-20所示。
2）试样厚10mm的正火状态45
钢一块。
3．试验原理
用一定直径的硬质合金球做压头，
图1-20 HB-3000布氏硬度试验机外型结构简图
以一定的实验力压入试样表面，经规定
保持时间后，卸除试验力，试样表面将
留下一个压痕，测量压痕的直径并计算压痕表面积，通过计算或查表（附录）求得布氏硬度值。
在实际试验时，可用读数显微镜测出压痕直径d，再根据压痕直径查表得出硬度值。
实际工件可能会有不同的硬度值和厚度，所以试验时要根据工件的软硬程度和形状大小来选择匹配不同的压头和载荷。
实验时只要满足F/D2值为一常数，且压痕直径控制在0.24～0.6D之间，即可得到统一的、可以互相比较的硬度值。
4．实验步骤
1）确定实验条件压头直径、实验力及实验力保持时间按表1-1选取。
先将压头装入主轴衬套并拧紧压头紧定螺钉，再按所选载荷加上相应的砝码。
打开电源开关，电源指示灯亮。
试验机进行自检、复位，显示当前的实验力保持时间，该参数自动记忆关机前的状态。
此时应根据所需设置的保持时间，在操作键盘上按“▲”或“▼”键进行设置。
2）压紧试件顺时针旋转升降手轮6，使实验台上升至试样与压头接触，直至手轮下面的螺母产生相对滑动为止。
3）加载与卸载此时按下“开始”键，实验开始自动进行，依次自动完成
从加载、保持、卸载到恢复初始状态的全过程。
4）读取实验数据逆时针转动升降手轮，取下试样，用读数显微镜测出压痕直径，并取算术平均值d，根据此值查附录即得布氏硬度值，记录于表1-10中。
5．注意事项
1）试样表面必须平整光洁，无油污、氧化皮，并平稳地安放在布氏硬度计实验台上。
2）读数显微镜读取压痕直径时应从两个相互垂直的方向测量，并取算术平均值。
3）使用读数显微镜时，将测试过的试样放置于一平面上，再将读数显微镜放置于被测试样上，使被测部分用自然光或灯光照明；调节目镜，使视场中同时看清分划板与压痕边缘图像。
常用放大倍数为20×的读数显微镜测试布氏硬度值。
4）压痕中心到试样边缘的距离应不小于压痕直径的2.5倍，相邻两压痕中心距离应不小于压痕直径的3倍。
6．填写实验报告
表1-10布氏硬度试验记录表。