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硬度測試方法

摘要:關于布氏硬度測試布氏硬度測試方法是1900年由瑞典工程師J.B.Brinell提出的,這樣方法由于壓痕較大,因而硬度值受試樣組織的偏析及成份不均勻的影響較小,具有較高的測量精度,檢測結果的分散度小,比較客觀地反映出...

關于布氏硬度測試
布氏硬度測試方法是1900年由瑞典工程師J.B.Brinell提出的,這樣方法由于壓痕較大,因而硬度值受試樣組織的偏析及成份不均勻的影響較小,具有較高的測量精度,檢測結果的分散度小,比較客觀地反映出材料的性能,是目前最常用的測試方法之一。 布氏硬度測試是用一定直徑的合金球壓頭(1mm、2.5mm、5mm、10mm),在規定的試驗力(通常為187.5~3000kgf)作用下壓入試樣表面,經規定的保持時間后卸除試驗力, 使用低倍率目鏡或最新的自動化圖像處理軟件來測量壓痕直徑。布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比。小載荷及小直徑球壓頭通常只在一些特殊的應用中使用。和努氏和維氏硬度測試一樣,布氏硬度加載只采用單一試驗力。 布氏硬度值表示方法為:符號HBW前面的數值為硬度值,符號后面為試驗條件,即球直徑,mm、試驗力數字及試驗力保持時間,采用規定的保持時間(10~15s)則不用標注。如:350HBW5/750,表示用5mm硬質合金球,在750kgf試驗力下保持10~15s,測得的硬度值為350;10~15s為標準時間,不用標注。 布氏硬度試驗在工業生產中,尤其是在冶金及機械制造業中得到廣泛應用,由于采用較大的球壓頭和較大的試驗力,得到較大直徑的壓痕,因而能測量出試樣較大范圍內的性能,而不受材料個別組織的影響。適應于具有大晶粒金屬材料的硬度測試,例如鑄鐵、有色金屬及其合金、各種退火、調質處理后的鋼材,也可以對原材料及半成品進行檢驗。由于布氏硬度試驗能反映出試樣較大范圍內的綜合性能,因此布氏硬度與材料的其他機械性能較為密切,尤其與抗拉強度極限存在近似的換算關系,所以通過測量布氏硬度可以間接得到材料的抗拉強度,這在生產實際中具有很大的意義,通過測量硬度的方法得到近似的強度值,既可以提高工作效率,又可以節省大量原材料。

關于洛氏硬度測試
Stanley P. Rockwell 于1919年發明了洛氏硬度測試方法。作為一名冶金師,他曾供職于一家大型滾珠軸承公司;他試圖找到一種快速地、非破壞性地方法來檢驗正在加工產品的熱處理效果。在當時,常用的硬度測試方法有維氏、布氏和肖氏。維氏測試非常耗費時間,布氏測試產生的壓痕過大 ,而肖氏測試方法使用不便,尤其是在一些小型零部件上。 為滿足實際的需要他發明了洛氏硬度測試方法。實踐證明這種簡單實用的測試方法具有其他測試方法無可比擬的優勢。它使使用者在幾秒鐘內就可在不同尺寸的試樣上得到精準的測試結果。 洛氏硬度測試方法遵循下列標準: ASTM E18 Metals ISO 6508 Metals ASTM D785 Plastics 洛氏硬度測試類型 主要有兩種類型的洛氏測試方法: 1. 普通洛氏: 初試驗力10 kgf,總試驗力 60, 100, 150 kgf。 2. 表面洛氏: 初試驗力3 kgf, 總試驗力 15, 30, 45 kgf。 在上述測試方法中,壓頭均可選用金剛石或合金鋼球,這取決于所測材料的不同特性。 洛氏標尺 硬度值是由硬度數和硬度標尺符號組成,前者是硬度數,后者是硬度標尺符號。 洛氏硬度測試原理是在初試驗力及總試驗力的先后作用下,將規定的壓頭壓入試樣表面,保持一定的時間后卸除主試驗力,在保留初試驗力下測量壓痕殘余深度,以殘余深度表示洛氏硬度的高低,深度大,硬度值低;深度小,則硬度值高。對于大多數試樣,整個測試過程僅需幾秒鐘,塑料硬度測試為15秒左右。使用洛氏測試方法可以快速直接地獲取硬度值無需進行壓痕直徑測量等。 洛氏測試中最常用的壓頭為圓錐角120°的金剛石壓頭,用于測試淬火鋼和硬質合金等材料。材質較軟的試樣通常使用直徑從1/16英寸到1/2英寸的合金鋼球壓頭進行測試。 各種壓頭以及試驗力組合成不同的洛氏標尺??偣灿?0種不同的標尺,由硬度數和硬度標尺符號表示硬度值,如63HRC表示金剛石壓頭在C標尺上測得的洛氏硬度值為63。 數字越大表明材料越硬,一些特殊的淬火鋼或合金材料的硬度值可能超過70HRC。洛氏硬度測試試驗力采用閉環式傳感器加載或傳統的砝碼加載系統。 

關于維氏硬度測試

維氏硬度測試法是1925年英國人R.L.Smith和G.E.Sandland提出的。在規定的試驗力作用下,經頂部兩相對角為136°的金剛石正四棱錐體壓頭壓入試樣表面,保持規定的時間后,卸除試驗力,使用高倍率物鏡或最新的自動化圖像處理軟件來測量壓痕對角線長度。和洛氏硬度測試不同的是,維氏測試只加載單一試驗力,它壓出的壓痕深度一般是對角線長度的1/7。維氏硬度測試主要有兩種試驗力范圍,顯微維氏(10~1000 g) 和宏觀維氏(1~100 kg),該試驗力范圍可滿足所有維氏硬度測試需求。維氏硬度表示方法為:維氏硬度符號HV前面的數值為硬度值,后面為試驗力,如600HV1。維氏硬度測試時,試驗力保持時間為10~15s。通常情況下,使用維氏硬度方法測試的材料的硬度值都在 100HV~1000HV范圍內。 維氏硬度適應性好,不僅適用于高硬度材料,如硬金屬及硬質合金等;還適應于軟金屬,及一些板材、帶材及硬化層等。顯微硬度試驗由于試驗力小、產生的壓痕很小,適應于測試材料的單晶體及金相組織,主要用于研究材料特性,進行理化分析,此外顯微硬度測試適應于測量薄材料及細小零件的硬度,如鐘表、儀器、儀表中的零件、及表面鍍層、滲碳層、氮化層的硬度、厚度等等。是檢驗產品質量、制定合理的加工工藝的重要手段,特別是將成為金屬學、金相學,即材料科學方面最常用的試驗方法之一。

關于努氏硬度測試
努氏硬度測試是將規定的壓頭壓入試樣表面并在表面形成特定幾何形狀的壓痕。和洛氏硬度測試不同的是,努氏測試只加載單一試驗力,使用高倍率物鏡或最新的自動化圖像處理軟件來測量壓痕對角線長度。 努氏金剛石壓頭是具有菱形基面的棱錐體,試驗后獲得一個細長的壓痕,長對角線為短對角線長度的7.11倍。努氏硬度測試通常的試驗力范圍為 10~1000g, 努氏硬度測試的壓痕具有比維氏硬度壓痕更淺、更長的特點,不容易損壞試樣表面,主要用于測量較硬、較脆的試樣的硬度,如琺瑯、玻璃、瑪瑙、陶瓷及人造寶石等。 根據測得的壓痕長對角線長度計算出壓痕的投影面積,依據計算公式得出努氏硬度值。自動化程度更高的數字計算系統或圖像分析軟件得普遍使用,使得獲取努氏硬度值更為簡單方便。 

關于便攜式硬度測試
便攜式硬度計的特點是攜帶方便,在臺式硬度計無法測試的情況下,是大型部件測試的理想選擇,如大型管件,板材,型材,發動機組,鍛造和鑄造件等。便攜式硬度計的種類有洛氏、維氏、布氏、里氏等。
主要有: 
里氏硬度計采用的是一種動態試驗法,采用彈性沖擊原理,可提供大多數常用的硬度標尺的轉換值。
超聲波硬度計基于超聲接觸阻抗測量原理,也稱UCI (Ultrasonic contact Impedance)方法,在均勻的接觸壓力下,傳感器桿的諧振頻率隨試件的硬度而改變。探頭中的傳感器桿,一端和一個大質量剛體固定在一起,另一端鑲有金剛石。當壓頭被壓到工件上,在固定負荷作用下,對彈性模量相同的工件來說,硬度愈低,那么壓頭與工件表面的接觸面積愈大,從而阻尼傳感器桿的壓頭端的壓痕大小也愈大,于是此端振動幅度也愈小,諧振頻率就愈高,所以通過諧振頻率的變化,可確定工件硬度。


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