焊接接头的硬度测定

一,实验目的

1,了解布氏,洛氏硬度计的构造及使用方法.

2,掌握布氏硬度值及洛氏硬度值的测定方法.

3,了解焊接接头三个区域即焊缝,热影响区,母材的硬度差别.

二,实验原理

硬度是指材料在另一较硬的物体压入表面抵抗塑性变形的一种能力,是重要的力学性能指标之一.与其它力学性能相比,硬度实验简单易行,又无损于工件,因此在工业生产中被广泛应用.常用的硬度实验有布氏硬度(http://www.yingduji.net)和洛氏硬度试验法.

(一)布氏硬度试验

(1)原理:用载荷P把直径为D的淬火钢球压人试件表面,并保持一定时间,而后卸除载荷,测量钢球在试样表面上所压出的压痕直径d,从而计算出压痕球面积A,然后再计算出单位面积所受的力(P/A值),用此数字表示试件的硬度值,即为布氏硬度,用符号HB表示.设压痕深度为h,则压痕的球面积为:

A=πDh=πd

式中 P——施加的载荷,kg;

D——压头(钢球)直径 mm;

A——压痕面积,mm2;

d——压痕直径,mm.

但实验时,是根据d值查表求硬度值.

图1 HB-3000型布氏硬度计结构图

1.电源开关;2.加力指示灯;3.电源指示灯;4.加力开关;5.压紧螺钉;6.圆盘;7.减速器;

8.曲柄;9.换向开关;10. 砝码;11.连杆;12.大杠杆;13.吊环;14.机体;15.小杠杆;16.弹簧;17.压轴;18.主轴衬;19.摇杆;20.压头;21.可更换工作台;22.工作台立柱;23.螺杆;24.升降手轮;25.螺母;26.套筒;27.电动机

(2)测试: 布氏硬度试验是在布氏硬度试验机(图1)上进行.当F/ D2的比值保持一定时,能使同一材料所的布氏硬度值相同,不同材料的硬度值可以比较.故在进行布氏硬度试验时,应根据材料和布氏硬度值范围选择F/ D2的值.最后用读数显微镜测出压痕直径 d.根据d查表求得布氏硬度值.

(二)洛氏硬度试验

(1)原理:洛氏硬度试验是用特殊的压头(金刚石压头或钢球压头)在先后施加的两个载荷(预载荷和总载荷)的作用下压入金属表面来进行的.总载荷P为预载荷P0和主要载荷P1之和,即

P= P0+ P1

洛氏硬度值是施加总载荷P并卸除主载荷P1引起的残余压入深度e来计算.h0表示在预载荷P0作用下,压头压入被试材料的深度;h1表示施加总载荷P并卸除主载荷P1,但仍保留预载荷P0时,压头压入被试材料的深度.

深度差e= h1+ h0,该值用来表示被测材料硬度的高低.在实际应用中,为了使硬材料测出的硬度值比软材料的硬度值高,并符合一般的习惯,将被测材料的硬度值用公式加以适当变换,即

HR=K-(h1-h0)/C

试中 K――常数,其值在采用金刚石压头时为0.2,采用钢球压头时为0.26;

C——常数,代表指示器读数盘每一刻度相当于压头压入被测材料的深度,其值为0.002mm;

HR——标注洛氏硬度的符号,当采用金刚石压头及150 kg的总载荷时应标注HRC,当采用钢球压头及100kg,总载荷试验时,则应标注HRB.

HR值为一无名数,测量时可直接由硬度计表盘读出,表盘上有红、黑两种刻度,红线刻度的30和黑线刻度的0相重合.

(2)测试: 洛氏硬度试验是将顶角为 120°金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压头,在一定载荷F作用下压入被测金属表面,保持一定时间后卸掉载荷.根据压痕的深度h确定被测金属的硬度值.根据所加的载荷和压头不同,洛氏硬度值有三种标度:HRA,HRB,HRC.

图2 洛氏硬度计结构图

1. 指示器;2.加载手柄;3.缓冲器;4.砝码座;5, 6.砝码;7.吊杆;

8.吊套;9.机体;10. 加载杠杆;11.顶杆;12.刻度盘;13.主轴;

14.压头;15.试样;16.工作台;17.升降丝杠;18.手轮

洛氏硬度试验是在洛氏硬度机上进行,如图2所示.

三,实验步骤

(一)试样准备

将对接接头如图3制备试样,按图中所示逐个点进行检测;

图3 焊接接头硬度测试试样

(二)布氏硬度试验

1,清理试样表面,并根据试样的材料,厚度和硬度范围选择钢球压头直径D,载荷F及保载时间.

2,放在硬度计工作台上,按布氏硬度计的操作规程进行试验,在试样表面产生一个压痕.移动试样重做一次试验,产生第二个压痕.

3,取下试样,用读数显微镜在相互垂直方向上测量压痕直径d,并根据d查表求出试样的布氏硬度值.