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实验一 低碳钢的拉伸试验任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。
材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学性能。
通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。
例如：弹性模量E 、比例极限σp 、上和下屈服强度σeu 和σeL 、强度极限σm 、延伸率δ、收缩率Ψ。
除此而外，通过拉伸实验的结果，往往还可以大致判定某种其它机械性能，如硬度等。
按国标GB/T228-2002，拉伸试样如图1所示。
实验段直径mm d 100=,标距mm l 1000=。
一、实验目的1．研究低碳钢的应力——应变曲线拉伸图。
2．确定低碳钢在拉伸时的力学指标（比例极限σp 、下屈服强度σeL 、强度极限σm 、延伸率δ、断面收缩率Ψ）。
3. 观察低碳钢拉伸时的断口特征，并与其他形式的断口相比较。
二、实验原理在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径0d 和标距0l 。
实验时，首先将试件安装在实验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量实验段的变形。
然后开动实验机，缓慢加载，与实验机相联的微机会自动绘制出载荷-变形曲线（l F ∆-曲线，见图2）或应力-应变曲线（εσ-曲线，见图3），随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：σεa b c e f αP σb σgf 'h s σo d d 'Δl Fs F b F 图2 图3 0d 0l 图1 拉伸试件（1）弹性阶段（Ob 段）在拉伸的初始阶段，εσ-曲线（Oa 段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。
线性段的最高点称为材料的比例极限（P σ），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E 。
线性阶段后，εσ-曲线不为直线（ab 段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。
第1章工程材料1.1 金属材料的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指金属材料在使用过程中应具备的性能，它包括力学性能（强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等）、物理性能（密度、熔点、导热性、导电性等）和化学性能（耐蚀性、抗氧化性等）。
工艺性能是金属材料从冶炼到成品的生产过程中，适应各种加工工艺（如：铸造、冷热压力加工、焊接、切削加工、热处理等）应具备的性能。
金属材料的力学性能是指金属材料在载荷作用时所表现的性能。
1.1.1 强度金属材料的强度、塑性一般可以通过金属拉伸试验来测定。
１．拉伸试样图1.1.1拉伸试样与拉伸曲线２．拉伸曲线拉伸曲线反映了材料在拉伸过程中的弹性变形、塑性变形和直到拉断时的力F时，拉伸曲线Ｏｐ为一直线，即试样的伸长量与载荷学特性。
当载荷不超过p成正比地增加，如果卸除载荷，试样立即恢复到原来的尺寸，即试样处于弹性变形阶段。
载荷在Ｆｐ－Ｆｅ间，试样的伸长量与载荷已不再成正比关系，但若卸除载荷，试样仍然恢复到原来的尺寸，故仍处于弹性变形阶段。
当载荷超过Ｆｅ后，试样将进一步伸长，但此时若卸除载荷，弹性变形消失，而有一部分变形当载荷增加到Ｆｓ时，试样开始明显的塑性变形，在拉伸曲线上出现了水平的或锯齿形的线段，这种现象称为屈服。
当载荷继续增加到某一最大值Ｆｂ时，试样的局部截面缩小，产生了颈缩现象。
由于试样局部截面的逐渐减少，故载荷也逐渐降低，试样就被拉断。
３．强度强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
（１） 弹性极限金属材料在载荷作用下产生弹性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限，用符号σｅ 表示：（２） 屈服强度金属材料开始明显塑性变形时的最低应力称为屈服强度在拉伸试验中不出现明显的屈服现象，无法确定其屈服点。
所以国标中规定，以试样塑性变形量为试样标距长度的０．２％时，材料承受的应力称为“条件屈服强度”，并以符号σ０．２ 表示。
１.1.2 塑性金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。
工程材料、金属材料及热处理实验指导书及实验报告李洋编专业：班级学号：姓名：沈阳理工大学应用技术学院金属材料力学性能实验指导书~ 学年度第学期2目录实验一拉伸实验 (1)实验二冲击实验 (4)实验三硬度实验 (7)学生实验须知1．实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。
2．按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。
3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。
4．保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。
5．实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。
实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。
6．实验过程中，若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。
7．实验过程中，同组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据；8．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。
不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。
9．实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。
10．实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。
实验一拉伸实验一实验目的1 测定低碳钢拉伸过程中的上屈服强度R eH、下屈服强度R eL、抗拉强度R m；2 测定铸铁在拉伸过程中的抗拉强度R m；3 计算低碳钢和铸铁拉伸后的断后伸长率和断面收缩率；4 观察低碳钢和铸铁两种不同材料的拉伸过程，分析比较差异；二实验设备1 电子万能试验机图1电子万能试验机2 游标卡尺图2 游标卡尺三试样图3试样原理一：在材料拉伸的过程中，得到的曲线是力与位移关系曲线，低碳钢具有良好的塑性，低碳钢断裂前明显的分成四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段。
弹性阶段，材料的应力与应变呈线性关系。
屈服阶段，曲线出现锯齿状，在小范围内波动，表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。
国标GB/T 228－2002定义上屈服强度R eH为试样发生屈服而力首次发生下降的最高应力。
《材料力学性能》实验教学指导书实验总学时：4实验项目：1.准静态拉伸2. 不同材料的冲击韧性材料科学与工程学院实验中心工程材料及机制基础实验室实验一 准静态拉伸一、实验目的1．观察低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）在准静态拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象），并绘制拉伸图。
2．测定低碳钢的屈服极限σs ，强度极限σb ，断后延伸率δ和断面收缩率ψ。
3．测定铸铁的强度极限σb 。
4．比较低碳钢和铸铁的力学性能的特点及断口形貌。
二、概述静载拉伸试验是最基本的、应用最广的材料力学性能试验。
一方面，由静载拉伸试验测定的力学性能指标，可以作为工程设计、评定材料和优选工艺的依据，具有重要的工程实际意义。
另一方面，静载拉伸试验可以揭示材料的基本力学行为规律，也是研究材料力学性能的基本试验方法。
静载拉伸试验，通常是在室温和轴向加载条件下进行的，其特点是试验机加载轴线与试样轴线重合，载荷缓慢施加。
在材料试验机上进行静拉伸试验，试样在负荷平稳增加下发生变形直至断裂，可得出一系列的强度指标（屈服强度s σ和抗拉强度b σ）和塑性指标（伸长率δ和断面收缩率ψ）。
通过试验机自动绘出试样在拉伸过程中的伸长和负荷之间的关系曲线，即P —Δl 曲线，习惯上称此曲线为试样的拉伸图。
图1即为低碳钢的拉伸图。
试样拉伸过程中，开始试样伸长随载荷成比例地增加，保持直线关系。
当载荷增加到一定值时，拉伸图上出现平台或锯齿状。
这种在载荷不增加或减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫屈服，屈服阶段的最小载荷是屈服点载荷s P ，s P 除以试样原始横截面面积Ao 即得到屈服极限s σ：ss A P =σ 试样屈服后，要使其继续发生变形，则要克服不断增长的抗力，这是由于金属材料在塑性变形过程中不断发生的强化。
这种随着塑性变形增大，变形抗力不断增加的现象叫做形变强化或加工硬化。
由于形变强化的作用，这一阶段的变形主要是均匀塑性变形和弹性变形。
金属力学性能实验指导书（上册）董立新戴光泽刘志农刘力菱编西南交通大学材料科学与工程学院二〇〇七年目录目录........................................................................................................................................ - 1 - 实验一 ......................................................................................................................................... - 2 - 系列缺口试样静拉伸实验及断口形貌观察.............................................................................. - 2 - 实验二 ......................................................................................................................................... - 6 - 硬度测定实验 ................................................................................................................... - 6 -3.5肖氏硬度测试实验................................................................................................................ - 9 -4. 实验方法及结果处理........................................................................................................... - 10 - 4.2洛氏硬度测试实验 ............................................................................................................ - 11 - 4.2.1试验条件.......................................................................................................................... - 11 - 4.2.2试验方法及数据处理...................................................................................................... - 12 - 4.3维氏硬度测试实验.............................................................................................................. - 12 - 4.3.1试验条件.......................................................................................................................... - 12 -4.4.2试验方法及数据处理...................................................................................................... - 13 -5. 实验内容及步骤................................................................................................................... - 14 - 实验三 ....................................................................................................................................... - 20 - 弯曲冲击实验及韧脆转变温度测定........................................................................................ - 20 - 5．实验注意事项 ................................................................................................................... - 21 -6. 实验报告 ............................................................................................................................ - 21 - 参考文献 ................................................................................................................................... - 22 - 实验四 ....................................................................................................................................... - 22 - 断裂韧度K IC测定实验.............................................................................................................. - 22 - 3.1 试样的尺寸确定：............................................................................................................. - 23 - 3.2 试样的制备 ........................................................................................................................ - 23 - 实验思考题 ............................................................................................................................... - 29 -实验一系列缺口试样静拉伸实验及断口形貌观察1.实验目的1.1了解材料在硬性应力状态和应力集中情况下的脆性趋向。
第八章 强度设计§8.1金属材料轴向拉压时的力学性能一、教学目标和教学内容1、教学目标了解低碳钢和铸铁，作为两种典型的材料，在拉伸和压缩试验时的性质。
了解塑性材料和脆性材料的区别。
2、教学内容材料在拉伸和压缩时的力学性能；塑性材料和脆性材料性质的比较；二、重点难点无三、教学方式采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。
四、计划学时 1学时五、实施学时六、讲课提纲材料在拉伸和压缩时的力学性质一、 概述＊为什么要研究材料的力学性质为构件设计提供合理选用材料的依据。
强度条件：[]σσ≤工作应力理论计算求解 通过试验研究材料力学性质得到＊＊何谓材料的力学性质材料在受力和变形过程中所具有的特征指标称为材料的力学性质。
＊＊＊材料的力学性质与哪些因素有关？与材料的组成成分、结构组织（晶体或非晶体）、应力状态、温度和加载方式等诸因素有关。
二、材料在拉伸时的力学性质1、低碳钢的拉伸试验低碳钢是工程上广泛使用的材料，其力学性质又具典型性，因此常用它来阐明钢材的一些特性。
（1）拉伸图与应力---应变曲线FP-ΔL图σ- 曲线（受几何尺寸的影响）（反映材料的特性）（2）拉伸时的力学性质低碳钢材料在拉伸、变形过程中所具有的特征．．．．：．．和性能指标一条线（滑移线）二个规律（FP∞△L 规律、卸载规律）三个现象（屈服、冷作硬化、颈缩）四个阶段（弹性、屈服、强化、颈缩）五个性能指标（ E 、S σ、b σ、δ、φ）下面按四个阶段逐一介绍：Ⅰ弹性阶段（OB 段）① OB 段---产生的弹性变形；② 该阶段的一个规律：FP∞△L 规律③ 该阶段现有两个需要讲清的概念：比例极限p σ弹性极限e σ④ 该阶段可测得一个性能指标——弹性模量ELAL F E p ∆∆= 也就是：OA 直线段的斜率：tg α=E =εσ Ⅱ 屈服阶段（BD 段）⑴进入屈服阶段后，试件的变形为弹塑性变形；⑵在此阶段可观察到一个现象——屈服（流动）现象；⑶可测定一个性能指标——屈服极限：s σ=AP FS注意：FPS 相应于FP-ΔL 图或ơ-є曲线上的C‘点，C‘点称为下屈服点；而C 称为上屈服点。
钢材的力学性能试验作业指导书1、钢材标准、试验方法标准、检验项目及取样：1.1钢材应有出厂质量证明书或检验报告单，每批（捆）钢材均应有标牌，进厂时应按同一牌号、同一炉罐（批）号、同一规格、同一交货状态分批进行验收，验收内容包括查对标牌和外观检查，并按有关标准的规定抽取试样做力学性能试验，合格后方可使用。
1.2检验规则1.2.1钢板的检查、验收、复检与判定：应按GB/T247《钢板和钢带检验、包装、标志及质量证明书的一般规定》执行，每批钢板应是同一牌号、同一炉罐、同一规格、同一交货状态。
1.2.2从每批钢板中选取一张进行力学性能试验，取样应按GB/T2975《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》执行，先取3个试样进行抗拉强度、弯曲和伸长率的试验，结果如有一项不合格，再从末检验过的钢板中抽取一张进行复检，如仍有一项不合格，则该批即判定为不合格。
如试验合格再抽取一张进行复检合格则该批判定为合格。
1.2.3型钢的检验则应按GB2102《型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定》执行，型钢按GB/T2975标准取样，从每根型钢中取3个试样进行抗拉强度、弯曲和伸长率的试验，当有一项试验结果不符合规定时，应另取双倍数量的试样重做各项试验，当仍有一个试样不合格时，则该批型钢为不合格。
双倍数量的试样重做各项试验均合格则该批判定为合格。
2、钢材力学性能试验方法：2.1收样：2.1.1样品挂牌编号，送检单编号。
2.1.2测量样品尺寸。
2.1.3技术标准：必须符合GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》与GB/T232《金属弯曲试验方法》。
2.2拉伸试验：试验目的：试验测定钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率等，是为了评定钢材质量。
2.3仪器设备：2.3.1 WDW-100微机控制电子万能试验机，示值误差在±1%，达到试验机检定的1级精度；有加载调速装置；有数据记录或显示装置；由计量部门定期进行检定。
2.3.2标点划分器、游标卡尺2.4试验步骤：钢材拉伸与弯曲试验框图2.5性能的测定：2.5.1屈服强度的测定：对有显著屈服现象的钢材应测定其屈服强度。
金属材料的力学性能(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除复习旧课1、材料的发展历史2、工程材料的分类讲授新课第一章金属材料的力学性能材料的性能有使用性能和工艺性能两类使用性能是保证工件的正常工作应具备的性能，主要包括力学性能、物理性能、化学性能等。
工艺性能是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。
力学性能是指金属在外力作用下所显示的性能能。
金属力学性能指标有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
第一节刚度、强度与塑性一、拉伸试验及力—伸长曲线L 0——原始标距长度；L1——拉断后试样标距长度d 0——原始直径。
d1——拉断后试样断口直径国际上常用的是L0=5 d0（短试样），L0=10 d0（长试样）[拉伸曲线]：拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL（某一拉伸力时试样的长度与原始长度的差ΔL=Lu-L0）的F—ΔL曲线称为拉伸曲线图。
Oe段：为纯弹性变形阶段，卸去载荷时，试样能恢复原状Es段：屈服阶段Sb段：强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化Bk段：局部塑性变形阶段二、刚度刚度:金属材料抵抗弹变的能力指标：弹性模量 E E= σ / ε (Gpa )弹性范围内. 应力与应变的比值（或线形关系，正比）E↑刚度↑一定应力作用下弹性变形↓三、强度指标σ= F/S o强度：强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度表示：强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。
单位采用N/mm2(或MPa 兆帕）σ= F/Aoσ——应力（MPa）；F——拉力（N）；S o——截面积（mm2）。
常用的强度判据主要有屈服点、条件屈服强度（也称为规定残余伸长应力）和抗拉强度等。
1、屈服点与条件屈服强度[屈服强度]σs 产生屈服时的应力（屈服点），亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。
材料力学性能指导书(金属材料工程)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：材料力学性能实验指导书（金属材料工程专业）张学萍刘志远沈阳理工大学二零一二年三月目录实验一硬度实验......................................................................... (3)实验二材料力学性能综合实验 (17)前言《材料力学性能》这门课的实验是该课的重要组成部分，是该理论课的基础，正确地掌握实验的理论和方法，对提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力有重要意义。
编写本实验指导书，是根据《材料力学性能》教学大纲及教材的有关内容、又根据我院设备、仪器实际情况编写的，这样，与教材的内容相一致，便于安排实验教学。
本实验指导书将部分单项实验改为综合实验，材料力学性能综合实验不仅使学生建立完整的知识体系，还能有效地提高学生的整体思维能力和总结概括能力。
本实验指导书适用于：材料成型及控制工程专业编者2012年3月实验一硬度实验一.实验目的1.掌握洛氏、布氏硬度的基本原理及测试方法。
2.根据材料的性质正确选择硬度计类型及压入条件。
3.熟悉各种硬度值之间的换算。
二、实验内容用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度；用布氏硬度计测定45刚退火后的硬度；观察维氏硬度计的操作方法（选做）。
三、概述硬度试验操作简便，对工件损伤小，可在零件上直接测试，故在生产实践中应用很普遍。
硬度所表征的不是一个确定的物理量，它是衡量材料软硬程度的一种性能指标。
硬度值的意义随试验方法而不同。
硬度试验基本上可分为压入法和刻划法。
对于以压入法进行的硬度试验，其硬度值是表示材料抵抗另一物体压入其表面的能力，洛氏、布氏和维氏硬度都属于压入法硬度试验。
（一）洛氏硬度试验法。
1.洛氏硬度是以压痕的深度来表示材料的硬度值。
图1-1为洛氏硬度试验原理图。
测试洛氏硬度时，用规定的压头，先后施加两个负荷：预负荷F0和主负荷F1。
总负荷F= F0+F1。
图1-1中，0-0位置为未加负荷时的压头位置；l-l位置为施加10kg预负荷后的位置，压入深度为h1；2-2位置为加上主负荷后的位置，此时压入深度为h2；3-3位置图1-1 洛氏硬度试验原理为卸除主负荷后由于弹性变形的恢复而使压头略微提高的位置，此时压头的实际压入深度为h3。
由主负荷引起的残余压入深度h=h 3-h 1，用此来衡量金属硬度值的大小。
若直接用h 来表示硬度，则会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值反而大的现象。
不符常规。
为了适宜人们认为数值愈大硬度值愈高的习惯概念，人为规定，用一常数K 减去h 来表示硬度的太小，并规定每0.002mm 为一个洛氏硬度单位。
因此，洛氏硬度值的计算公式可写成：002.0)(13h h K HR --=式中：h 1—预加负荷压入试样的深度(mm)； h 3—卸除主负荷后压人试样的深度(mm)；K 一常数。
A 和C 标尺K=0.2mm ，B 标尺K=0.26mm 。
因此，洛氏硬度值的计算公式还可以写成：002.0100)HRA ( HRC 13h h --=或0.002h -h -130 HRB 13=试验时，可选用不同的压头和不同的主负荷，洛氏硬度标尺也随之变化。
表1-1为各种洛氏标尺及试验条件。
表 1-1 各种洛氏标尺及实验条件金刚石 120°圆锥钢球1/16″钢球1/8″钢球1/4″ 钢球1/2″160 A F H L R 100 D B E M S 150CGKPV表1-1 中最常用的是HRA 、HRB 、HRC 等三种。
表1-2为这三种洛氏硬度标尺的试验条件和应用。
压头标尺符号 总 负 荷 （ 公 斤力 ）表1-2 三种洛氏硬度标尺的试验条件和应用洛氏硬度值测量范围HR 标尺压头形状预负荷（公斤力）主负荷（公斤力）总负荷（公斤力）符号大致相当的维氏硬度值表盘上刻度的颜色应用20-67 C 金刚石120°圆锥10 140 150 HRC 240-900 黑碳钢、工具钢及合金钢等淬火和回火后的硬度25-100 B 1/16″钢球10 90 100 HRB 60-240 红有色金属及合金退火锅等低硬度零件的硬度70-85 A 金刚石120°圆锥10 50 60 HRA 390-900 黑碳化物、硬质合金及表面硬化零件等2. 洛氏硬度计的操作规程洛氏硬度计由机体、加荷机构、测深机构和压头等组成。
1）根据试样的材质、形状和尺寸选择压头、负荷，并安装到位；2）试样平放在载物台上，将压头对准试样表面待测部位；3）顺时针转动载物台升降手柄使试样接触压头，继续转动手柄使百分表的小指针指向红点，这表明预负荷已加完，此时要求大指针不偏离刻度盘零点±5个刻度；4）转动刻度盘使其零点对准大指针；5）扳动加荷手柄施加主负荷，施荷时闻4～6秒，然后平稳地把手柄扳回到卸荷位置；6）从刻度盘的相应标尺读出指针所指的硬度值；7）逆时针旋转手轮，取出试样，测试完毕。
测试洛氏硬度时应注意：①为保证试验结果的精度，试样表面应平整、无油污、无氧化皮及凹坑等；试样的厚度不应小于压痕深度的l0倍。
②两相邻压痕中心距离及压痕中心至试样边缘距离均不得小于3mm 。
③洛氏硬度试验如在圆柱或球形表面进行时，应对试验结果加以校正。
校正值可通过下列计算公式求得：对圆柱面： 101006 HRC ⨯-=∆DHRC对球面：1010012HRC ⨯-=∆DHRC式中：△HRC ——应加上的校正值； HRC ——球面或圆柱面的硬度； D ——球或圆柱的直径。
④试样的安装必须保证压头所施加的作用力垂直于待测面，对于弯曲及其他不规则形状的试样，必须采用相应的专用工作台。
如对圆柱式样须用V 形工作台； ⑤每个试样的试验次数不应少于两次，取其平均值。
(二)布氏硬度试验法布氏硬度与材料其他的机械性能关系密切，尤其是与抗拉强度极限存在近似的换算关系：σb =K·HB （其中K 为常数，不同的材料有不同的K 值），这在生产中有很重要的意义。
１．布氏硬度的测试原理图1—2为布氏硬度测试原理图。
用一定大小的负荷P(公斤力)，把直径力D （mm ）的淬火钢球压人被测试样的表面，保持一定时间后卸除负荷。
测量试样表面压痕的直径d ，计算出布氏硬度值，用符号HB 表示。
该值的大小就是试样表面压痕单位面积上所承受的压力。
即：222)kg/mm D -D(D 2P/Dh P/ P/F HB d -===ππ 式中：D ——钢球直径(mm)；P ——试验负荷(有3000；1000；750；250等)； d ——压痕直径(mm)。
图1-2 布氏硬度测试原理图 图1-3压痕相似原理由于金属材料软硬不一，薄厚不同，若只采用一种标准负荷P 和钢球直径D ，就会出现这种现象：若对硬的材料合适，对软的材料就可能使钢球陷入材料内；若对厚的材料适用，对薄的材料就可能压透。
因此，实际进行布氏硬度试验时，要求选用不同的负荷P 和钢球直径D 。
但对于同一种材料采用不同的P 和D 进行试验，能否得到相同的布氏硬度值，关键在于压痕的几何形状是否相似。
图1－3表示两个不同直径的压头D 1和D 2在不同载荷P 1和P 2作用下，压入金属表面的情况。
有图可得出：d=Dsin 2Dsin d ϕ=即：)2/sin 11(222ϕπ--⋅=D P HB 由上式可看出，假若压入角ϕ不变时,为使同一材料的HB 值相同，还应保持P /D 2也为常数。
国标GB231—63中规定布氏硬度试验时P/D2的比值为30、10、2.5三种。
根据金属材料种类，试样硬度范围和厚度的不同按表1—3选择P、D及加荷时间。
表1-3 布氏硬度试验的规范金属类型布氏硬度值（HB）试样厚度（㎜）负荷P与钢球直径D的关系钢球直径（㎜）负荷P（㎏）负荷保持时间（s）黑色金属140-4506-34-2＜2P=30D21052.53000750187.510 ＜140＞66-3＜3P=10D21052.5100025062.510有色金属金刚石120°圆锥1306-34-2＜2P=30D21052.53000750187.53036-1309-36-3＜3P=10D21052.5100025062.5308-35＞66-3＜3P=2.5D21052.525062.515.6302.布氏硬度的表示方法：例如用D=10mm，P=3000kg，负荷保持时间为10秒时所测得的硬度值为280，则表示为HB280。
在其它条件下测得的HB值应注以相应的试验条件，例如HB5/250/30100，表示D=5mm，P=250kg，负荷保持时间为30秒的条件下测得的HB值为100。
3.布氏硬度计的操作规程(以HB——3000B型为例)布氏硬度计由机体、工作台、加荷机构、换向开关系统（电子控制系统）和压入头等部分组成。
1)根据材料选择负荷、压入头及施荷时间；2)把载物台、负荷、压入头装好；3）首先打开开关，接通电源，此时电源指示灯亮。
实验力选择好后，按动实验力保持时间按钮（12秒、30秒或60秒）4)将试样放到载物台上，顺时针转动手轮使载物台缓缓上升，试样与压头接触直至手轮与螺母产生相对滑动，按动启动按钮，硬度计即可自动完成一个工作循环。
；5)试验结束后，转动手轮，取下试样，用读数显微镜测量试样表面的压痕直径。
6)根据压痕直径、负荷大小、钢球直径查硬度换算表或用公式计算均可得出布氏硬度值。
附表1－5列出布氏硬度试验中压痕直径与硬度值之间的关系。
4.布氏硬度试验中的注意事项1)试样表面应光滑、无氧化皮和污物；2)试样的厚度应不小于压痕深度的l0倍；3)相邻压痕中心距离不小于压痕直径的四倍，压痕中心距试样边缘的距离应不小于压痕直径的2.5倍；4)压痕直径应在0.25D<d<0.6D范围内，否则试验结果无效；5)只可用来测定硬度小于HB450的金属材料。
(四)各种硬度间的换算附表1-7中列出布氏、洛氏和维氏硬度间的换算。
洛氏硬度和布氏硬度之间有一定的换算关系。
对钢铁材料而言，HB≈2HRB HB≈10HRC（只当HRC=40~60范围）四、实验仪器、设备及材料HRS-150型洛氏硬度计；HR-150A型洛氏硬度计；HB-3000B型布氏硬度计读数显微镜。
45钢退火件；45钢或T10钢淬火件；纱布等。
五、实验步骤1.分组熟悉各种硬度计的构造及操作方法。
2.用砂纸打磨试样的表面3.进行硬度测定，洛氏硬度（HRB 、HRC ）每个试样测三点，取平均值并记录在下表中；，布氏硬度（HB ）每个试样测两点，然后用读数显微镜测试样表面的压痕直径，测得结果查表1-5确定试样的硬度值，取两点的平均值并记录在下表中。
