Henan Polytechnic University 45钢的热处理及硬度计的使用 课程：材料科学基础 学时：2 主讲：赵丕峰 材料科学与工程实验中心
一.实验目的 1、掌握碳钢的热处理及洛氏、布氏硬度计测定硬度的基本方法。 2、了解布氏硬度计、洛氏硬度计的结构及原理。 3、了解不同热处理工艺下碳钢的组织、性能的变化。
二.45钢的热处理 退火、正火、淬火、回火
2.1热处理的理论依据
2.2钢的淬火与回火 1、钢的淬火概念与目的： 将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。 2、回火的概念与目的： 将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。
2.3淬火的方法及特点 单液淬火：将加热后的零件投入一种 冷却 剂中冷却至室温。 特点：操作简单，容易实现自动化。 双液淬火：先水后油，或先油后空气。 特点：可防止变形与开裂。 分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中，再空冷。 特点：有效减小内应力，防止变形与开裂； 但只适于小尺寸工件。
2.4回火的种类 按回火温度的不同，回火可分以下三种： 低温回火：150 ºC ~250 ºC 中温回火：350 ºC ~500 ºC
三.洛氏硬度计的测定原理与使用 硬度：材料抵抗硬物压入其表面的能力 洛氏硬度：压入法硬度实验，以深度大小来表示材料的硬度值 （GB230-83） 洛氏硬度的特点： 优点：操作简便，压痕小，可用于成品和薄形件 缺点：测量数值分散，不如布氏硬度测量准确
3.1.洛氏硬度计测定原理 采用顶角为 120°金刚石圆锥压头或者直径为1.588mm的淬火钢球压头。测试时先加预载荷Fo，压头从起始位置0-0到1-1位置，压入试件深度为h1，后加总载荷F（为主载荷加上预载荷），压头位置为2-2，压入深度为h2，停留数秒后，将主载荷卸除，保留预载荷。由于被测试件弹性变形恢复，压头略为提高，位置为 3-3，实际压入试件深度为h3，因此在主载荷作用下，压头压入试件的深度h= h3一 h1 洛氏硬度测定原理示意图
3.2.洛氏硬度计的外形及构造
3.3.实验内容及步骤 预加载荷，依次顺时针方向旋转手轮，使试样与压头接触，并观察读书百分表小针移动至校红点为止。 调整读数表盘，使百分表盘上的长针对准硬度值的起点。如果试验HRB时，使长针与表盘上的红字B 处对准；如果试验HRC、 HRA时，使长针与表盘上的黑字C 处对准。 加主载荷，平稳的向上扳动加载手柄，手柄自动升高至停止位置（时间应为5-7秒）。并停留10秒。 卸主载荷：扳回手柄至原来位置。 读出硬度值：长针指向的数字为硬度的读数。HRB读红色数字，HRC、 HRA读黑色数字。
4.布氏硬度计的原理与使用 布氏硬度试验是把一定直径的淬火钢球以规定的负荷压入试样表面经规定的保荷时间后卸载负荷，测量试样表面的压痕直径（见图1），计算出布氏硬度值。改值以试样压痕表面积上的平均压力（公斤力/毫米²）表示（见表1）。用式（1）计算：
4.1.布氏硬度计的适用范围 布氏硬度试验最常用的标准条件是硬质合金球压头为10毫米（见图2）、负荷为3000公斤力，此时最能体现布氏硬度的特点。但是，由于试样的软硬不同、大小不一、一种负荷、一种钢球是不能满足的。对于同一试样，采用不同直径的钢球及不同的负荷，要得到相同的硬度值；或者说要获得可以比较的结果，只有在负荷与钢球直径的平方之比为一常数时才可能完成（见表2）。
观察保荷时间指示标志是否回到起始指示位置 4.1.布氏硬度计的操作 布氏硬度计的操作步骤如下图所示 四 五 二 三 一 检查试应力是否正合适 保荷时间的选择 接通电源380V 检查试样块 九 十 十一 六 七 八 放置测试样件 顺时针转动至打滑即停止 按下开始按钮开始检测 观察保荷时间指示标志是否回到起始指示位置 取下试样块测量凹点直径查表 开关按钮关，再拔掉电源，整理现场