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金属材料测试面面观:硬度检测

硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。 硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。今天程诚小..

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金属材料测试面面观:硬度检测

发布时间:2020-07-27 热度:

  硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。
  硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。今天程诚小编就带大家一起了解一下金属材料的硬度测试。
  金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法,这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的,方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。
  其中布、洛、维三种试验方法是应用最广的,它们是金属硬度检测的主要试验方法。另一类试验方法是动态试验法,这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。
  这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的,不可移动工件的硬度检测。
  下面介绍几种常用的硬度指标:布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
 
  一、布氏硬度
金属检测
  以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2(N/mm2)。原理详见下图:
金属检测
  布氏硬度试验范围上限为650HBW。布氏硬度的符号及表示方法:HBS或HBW之前的数字为硬度值,HBS表示压头为淬硬钢球,用于测定布氏硬度值在450以下的材料,如软钢、灰铸铁和有色金属等。
  HBW表示压头为硬质合金,用于测定布氏硬度值在650以下的树料。后面按顺序用数字表示试验条件:
  ①压头的球体直径;
  ②试验载荷;
  ③试验载荷保持的时间(10~15s不标注)。
  例如170HBS10/1000/30表示用直径10mm的钢球,在9807N(1000kgf)的试验载荷作用下,保持30s时测得的布氏硬度值为170。
  530HBW5/750表示用直径5mm的硬质合金球,在7355N(750kgf)的试验载荷作用下,保持10~15s时测得的布氏硬度值为530。
  优点:由于钢球直径较大,在金属表面上留下的压痕也较大,故测得的硬度值比较准确。布氏硬度值和抗拉强度之间有一定的关系,因此可按布氏硬度值近似确定金属材料的抗拉强度。
  如被试金属硬度过高,将影响硬度值的准确性,所以布氏硬度试验一般适于测定布氏硬度值小于650的金属材料。
  缺点:压痕较大,故不宜测定成品及薄片材料。
  常用测试标准:
金属检测
  二、洛氏硬度
金属检测
  当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。原理详见下图:
金属检测
  根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:
  HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。
  HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。
  HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
  常用测试标准:
金属检测
  三、维氏硬度
  维氏硬度测定原理和方法与布氏硬度基本相同,也是根据单位压痕表面积上所承受的载荷大小来定义硬度值。不同的是测定维氏硬度所用压头为金刚石制成的四方锥体,两相对面夹角a为136°,所加载荷较小。
  测定维氏硬度时,也是以一定载荷的力将压头压入试样表面,保持一定时间后卸载,试样表面留下压痕,如下图所示:
金属检测
  与布氏硬度一样,维氏硬度也不标注单位。
  当载荷一定时,即可根据d值,求出HV。测定压痕两对角线长度的平均值后查表求HV时,注意载荷单位。
  维氏硬度的表示方法与布氏相同,例如640HV30/20前面数值为硬度值,后面数字依次为所加载荷和时间。
  根据材料的软硬、厚薄及所测部位的特性不同,需要在不同试验力范围内测定维氏硬度。详见下图:
金属检测
  维氏硬度与布氏硬度及洛氏硬度试验相比,维氏硬度试验具有很多优点。因采用压头为四棱锥体,当载荷改变时,压力角恒定不变,因此,载荷可任意选择,不存在布氏硬度试验中载荷F与球体直径D之间关系的约束。
  由于压痕清晰,对角线长度计量精确可靠。此外,维氏硬度测量范围较宽,软硬材料都可以测试。
  维氏硬度也不存在洛氏硬度那样不同标尺的硬度无法统一的问题。维氏硬度试验的缺点是硬度测定麻烦,工作效率比洛氏硬度低,不适于成批生产中的常规检验。
  由于维氏硬度与布氏硬度的测定原理相同,在材料硬度小于450HV时,维氏硬度值与布氏硬度值大致相同。
  常用测试标准:
金属检测
  程诚小编的小结:硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性,或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。
  对于被检测材料而言,硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异,因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。


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