1.3 金属材料的硬度（课件）-高一《金属加工基础》同步精品课堂（机工版）

《金属加工基础》（机工版） 机械工业出版社 同步精品课程——中职专业课 第1章 金属材料的力学性能 1.3 金属材料的硬度 知识目标 1.理解布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的基本原理和测试流程。 2.掌握各种硬度测试方法在不同硬度范围和材料类型下的应用情况。 能力目标 1.能够运用布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试方法，正确测量不同金属材料的硬度。 2.具备解读硬度测试结果并将其应用于工程实践的能力，包括对测试结果的正确理解和合理应用。 情感目标 1.培养学生对于工程材料测试的兴趣和好奇心，激发他们对金属材料硬度测试的热情。 2.鼓励学生勇于探索和尝试，培养他们解决问题的能力，特别是在选择合适的硬度测试方法和解读测试结果方面。 3.培养学生的团队合作意识，通过小组讨论和案例分析，促进学生之间的合作与交流。 三维目标 导入情景 01 下图所示的是金属材料硬度表 新知学习 02 二、硬度 硬度是金属材料抵抗外物压入的能力。它直接反映金属材料的软硬程度，也反映金属材料的耐磨性和切削加工性。 常用的硬度测试方法有布氏硬度 (HBW)、洛氏硬度 (HRAHRB、HRC等) 和维氏硬度 (HV)。 新知学习 02 目前，金属材料布氏硬度试验方法执行 CB/T 231.1-2009 标准，布氏硬度用符号 HBW表示，本标准规定的布氏硬度试验范围上限为650HBW。布氏硬度是用一定直径的硬质合金球，以相应的试验力压人试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径 d(mm)，然后根据压痕直径 d 计算其硬度值的方法，如图1-7 所示。布氏硬度值是用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示的。试验时只要测量出压痕直径d，便可通过查布氏硬度表得出 HBW 值。 二、布氏硬度 新知学习 02 布氏硬度值标注在硬度符号“HBW”前面。除了保持时间是10~15 的试验条件外在其他条件下测得的硬度值，均应在符号“HBW”后面用相应的数字写明压头直径、试验力大小和试验力保持时间，如350HBW10/1000/30 表示用直径 D=10mm 的硬质合金球，在1000k (9.807kN) 试验力的作用下，保持30s 所测得的布氏硬度值是 350;460HBW5/750 表示用直径 D=5mm 的硬质合金球，在750kgf (7355kN)试验力的作用下，保持10~15s 得的布氏硬度值是460。 二、布氏硬度 切削运动分析： 新知学习 02 布氏硬度反映的硬度值比较准确，数据的重复性强。但由于其压痕较大，对金属材料表面的损伤较大，因此，不宜用来测定太小或太薄的试样。 通常，布氏硬度适合于测定非铁金属、铸铁及经退火、正火、调质处理后的各类钢材。 二、布氏硬度 切削运动分析： 新知学习 02 目前，金属材料洛氏硬度试验方法执行 GB/T 230.1-2009 标准。洛氏硬度是以锥角为120°的金刚石圆锥体或直径为 1.5875mm 的球(淬火钢球或硬质合金球) 压入试样表面，根据试样残余压痕深度的增量来衡量试样硬度的大小，如图 1-8 所示残余压痕深度h 的增量越小，金属材料的硬度越高。 二、洛氏硬度 切削运动分析： 新知学习 02 洛氏硬度计采用不同的压头和载荷，并对应不同的硬度标尺，每种标尺由一个专用字母表示，标注在符号“HR”后面，如 HRA、HRB、HRC 等(表1-2)。不同标尺的洛氏硬度值之间没有直接的换算关系。测定的硬度数值写在符号“HR”的前面，符号“HR”后面写使用的标尺，如45HRC 表示用“C”标尺测定的洛氏硬度值为 45。 二、洛氏硬度 切削运动分析： 新知学习 02 洛氏硬度试验操作简便，压痕小，对试样表面的损伤小，硬度值可以直接从试验机上读出。但是，由于压痕小，硬度值的准确性不如布氏硬度高，数据的重复性较差。 因此，在测试洛氏硬度时，需要至少测取三个不同位置的硬度值，然后计算这三处硬度的平均值作为被测材料的硬度值。 洛氏硬度主要用于直接检验成品或半成品的硬度，特别适合检验经过淬火的零件。 二、洛氏硬度 切削运动分析： 新知学习 02 维氏硬度是用正四棱锥形压痕单位表面积上承受的平均压力表示的硬度值。它以面夹角为136°的正四棱锥体金刚石为压头 (图1-9)，在规定试验力 F(49.03 ~980.7N)的作用下，压人试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，则试样表面上将压出一个正四棱锥形的压痕，测量压痕两对角线 d 的平均长度，查 GB/T 4340.1--2009 就可得出维氏硬度值。 二、维氏硬度 切削运动分析： 新知学习 02 维氏硬度的测量范围为5~1000HV，用符号“HV”表示，硬度数值写在符号“HV”的前面，试验条件写在符号“HV”的后面对于钢和铸铁，若试验力保持时间是 10~15s，则可以不标出试验力保持时间。 例如，600HV30 表示用 3kgf (294.2N)的试验力，保持10~15s 测定的维氏硬度值是 600;600HV30/20 表示用30kgt(294.2N)的试验力，保持 20s 测定的维氏硬度值是 600。 二、维氏硬度 新知学习 02 硬度是一项综合力学性能指标，可以反映出材料的强度和塑性。 在工程技术和机械生产方面，常在零件图上标注出相应的硬度指标，并将其作为零件生产和验收的主要依据之。 一般来说，材料的硬度值越高，零件的耐磨性越好。 二、实践经验 小试牛刀 题目 1： 布氏硬度测试时使用的压头是： A. 钢球压头 B. 钻石锥形压头 C. 硬质合金球压头 D. 钻石四面体压头 答案: A。布氏硬度测试通常使用钢球压头进行压痕，适用于硬度范围广的金属材料。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 在进行洛氏硬度测试中，哪种硬度记号标志是正确用于表示轻载荷下的洛氏硬度？ A. HRB B. HRC C. HRA D. HR15N 答案: D。HR15N表示洛氏硬度轻载荷下的测量结果，适用于薄金属片或表面硬化层。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 维氏硬度测试指的是： A. 施加固定载荷使用钢球压头的硬度测试方法 B. 使用钻石锥形压头施加预定载荷的硬度测试方法 C. 使用硬质合金球压头施加预定载荷测量压痕对角线长度的硬度测试方法 D. 使用钻石四面体压头施加预定载荷测量压痕面积的硬度测试方法 答案: D。维氏硬度是通过使用钻石四面体压头施加预定载荷，并测量压痕面积来确定硬度的测试方法。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 布氏硬度天空一般用于测量哪类材料的硬度： A. 高硬度材料 B. 中等硬度材料 C. 低硬度材料 D. 极软材料 答案: C。布氏硬度测试一般用于测量低硬度至中等硬度的材料。 尝试解答下面习题 题目 5： 洛氏硬度测试中，如果采用120度钻石锥形压头和150千克载荷的组合，应使用的洛氏硬度记号为： A. HRB B. HRC C. HRA D. HRD 答案: B。120度钻石锥形压头和150千克载荷的组合对应的是HRC，用于测试高硬度材料如钢。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 维氏硬度测试中如果压痕对角线长度很难观测，推荐的解决方法是： A. 增大载荷 B. 减小载荷 C. 更换压头 D. 重新测试 答案: A。增大载荷可以使压痕更明显，从而便于测量对角线长度。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 布氏硬度的符号是： A. HB B. HR C. HV D. HK 答案: A。布氏硬度的符号是HB。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 在测量硬度时，通常认为载荷越大，压痕越： A. 深 B. 浅 C. 小 D. 大 答案: A。载荷越大，压痕一般越深。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 洛氏硬度测试时，主要载荷的卸载是为了： A. 减小测试时间 B. 避免样品损坏 C. 读取初步硬度值 D. 读取最终硬度值 答案: D。在洛氏硬度测试中，卸载主要载荷后读取的是最终硬度值。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 在本节课中，我们深入学习了金属材料的硬度测试方法，这些知识点对于理解材料工程中的材料性能至关重要。以下是本节课的重要内容： 1.金属材料的硬度测试方法，包括布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 2.布氏硬度测试适用于较硬的材料，利用钻石压头施加压力来测定硬度。 3.洛氏硬度测试适用于中等硬度的金属材料，通过压头在材料表面形成压痕来测定硬度。 4.维氏硬度测试通过测量压痕的对角线长度来确定材料的硬度，适用于不同硬度范围的材料。 在选择合适的测试方法时，需要考虑材料的硬度范围和测试精度。正确的测试操作和结果解读对于实际工程应用至关重要。 作业布置 04 1.总结各种硬度测试方法的优缺点，并思考在不同情况下应该选择哪种测试方法。 2. 查找一些实际案例或工程应用，分析在该案例中如何选择适当的硬度测试方法，并解释选择的理由。 3.阅读相关教材或资料，进一步了解布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的原理和应用。 感谢观看 $$