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標題: 材料硬度各種測量方法的測試原理及應用 [打印本頁]

作者: admin 時間: 2024-11-28 17:19
標題: 材料硬度各種測量方法的測試原理及應用
在工程范畴，質料的硬度對布局件可否持久阐扬不乱機能相當首要。質料在外界物體的打击下，概况對形變的抵當能力，是各種質料软硬的指標。一般而言，質料概况局部范畴内抵當硬物压入其概况的能力称為硬度。因為劃定了分歧的測試法子，以是有分歧的硬度尺度。在此，咱們扼要先容了各類硬度尺度的力學寄义，并重點先容了显微硬度的測試道理及利用，以飨读者。

硬度是权衡質料软硬水平的一種力學機能。在力學界說中，硬度是指質料抵當概况局部形變的能力—即抵當更硬物體压入其概况的能力。硬度更直观的感觉體如今物體概况的塑性變形、压痕或劃痕。硬度值是反响質料硬度巨细的首要指標，常見的硬度丈量的尺度有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）。

布氏硬度

布氏硬度最先是由瑞典工程師J．A．布里涅耳于1900年提出的，被被遍及利用于機器和冶金工業钻研。如圖1所示，布氏硬度的丈量尺咽炎貼,度是在劃定巨细的荷载感化下，将直径為D的钢球压入被測物體概况并連结必定時候後，操纵荷载力P和压痕面积F的比值（P/F）来果断質料硬度巨细，用HB暗示。測試布氏硬度時，分歧样品（材質和尺寸）要搭配分歧尺寸的钢珠利用。若要使分歧直径的钢球在統一質料上測得一样的硬度，就必要扭轉载荷值，使压痕連结几何類似，類似前提為：P1/D12 = P2/D22。式中P一、P2為荷载力，D一、D2為钢球直径。

圖 1 布氏硬度的測試示用意

布氏硬度測定法的合用范畴是较软的質料，若有色金属布局件和退火後的钢板，最高的硬度丈量上限為HB450。這是由于太硬的質料會使钢珠變形，反而測不许。為了在測按時获得清楚的压痕，試样必需颠末概况筹备和打磨等處置。在建造终了的機器零件上作布氏硬度測定會因為压痕過大影响零件的正常装置和利用機能。是以，布氏硬度測定法不适于檢測多量量出產的零件。常見的布氏硬度丈量規范总结在表1中。

洛氏硬度

洛氏硬度是美國的S．P．洛克韦尔于1919年提出的，因此压痕塑性變形深度来肯定硬度值的指標。它因此直径為1.588 妹妹的瘁火钢球或顶角為120的金刚石圆锥压人試样概况後留下的深度来肯定質料的硬度值，用HR暗示。其丈量道理如圖2所示，起首，样品在预载荷P0（98.1N）的感化下压入試件深度為h0的位置。h0包含预载所引發的弹性形變和塑性變形。其次，给样品施加主载荷P1，压頭在总载荷（P0+P1）的感化下压入試件。最後，去除主载荷P1并連结P0，记實此時的压入深度h1。因為此時主载荷P1引發的弹性形變被解除，那末h0和h1之間的差值h（h=h1-h0）即為主载荷P1引發的塑性變形深度。h越大，試样越软；h越小，則試样越硬。

圖 2 洛氏硬度的測試示用意

洛氏硬度實驗的长處是操作敏捷、简潔，可由表盘上直接读出硬度值。因為载荷很小，故可复量较薄工件的硬度。其错误谬误是精度较差，硬度值颠簸较大，凡是應在試样分歧部位丈量数次，取均匀值為该質料的硬度值。常見的硬度丈量規范总结在表2中。

維氏硬度

維氏硬度實驗法子最先是英國史姑娘（R.L.Smith）和塞德兰德（C.E.Sandland）于1925年提出的。其測試道理與布氏硬度類似，都是操纵载荷和压痕面积之間的瓜葛来肯定質料的硬度值，用HV暗示。两者的區分在于施加到試件概况的压頭分歧，維氏硬度實驗采纳的压頭是金刚石的四正棱锥柱體。如圖3所示，實驗時，在必定载荷的感化下，試样概况上压出一個四方锥形的压痕，丈量压痕對角線长度d，计较压痕的概况积F，载荷P除以压痕面积F的数值就是試样的硬度，用符美國偉哥哪裡買,号HV暗示。

HV=P/F，F=d2/2sin68°

維氏硬度的长處在于丈量范畴廣，几近可以丈量工業上所用到的全数金属質料，從很软的質料（几個維氏硬度）到很硬的質料（3000個維氏硬度）均可丈量。但維氏硬度必要丈量對角線的长度，然後經由過程计较或查表才能获得硬度值，较為繁琐。

显微硬度是金相阐發中經常使用的測試手腕之一。它的測試是在維氏硬度的根本上成长起来的，也是操纵单元压痕面积上所經受的载荷来暗示質料的硬度值。因為显微硬度的压頭尺寸和施加载荷较小，终极留在試样上的压痕標准极小（一般几微米到几十微米），是以压痕面积的丈量必需在显微镜下举行，以是称這類法子為显微硬度測試法。

显微硬度计主如果由起落體系、事情台、加荷體系、光學體系、電子體系和外壳體構成（圖4）。加荷體系中的压頭是显微硬度儀的焦點部件，它是镶嵌在压頭顶尖的极小金刚石锥體，依照压頭的外形可分為維氏（圖5）压頭和努普（圖6）型压頭。前者是和維氏硬度压頭同样的金刚石正四棱柱压頭，這類压頭留在試样概况的压痕是非對角線相称；後者是利用的金刚石压頭是對面角别離為172°30’和130°的四角棱锥，它在試样概况留下的压痕是菱形，是非對角線比值為7.11：1。

圖 4 上海钜晶公司出產的数显显微硬度计

不論是哪一種压頭，显微硬度的丈量值都是按下式计较：

HV=去疣藥膏,常数×實行力/压痕概况积

對付對角面均為136°的維氏压頭，HV=0.1891·F/d2，此中F和d别離為载荷和压痕對角線长度；

對付對角面為172°30’和130°的努普氏压頭，HK=139.54·P/L2,此中P和L别離為载荷和压痕對角線长度。

圖 5 显微硬度用維氏金刚石压頭

圖 6 显微硬度用努普氏金刚石压頭

显微硬度實驗的優错误谬误

长處：显微硬度實驗是一種真實的非粉碎性實驗，其获得的压痕小，压入深度浅，在試件概况留下的陈迹可疏忽，因此合用于各類零件及制品的硬度實驗；兼容性强，可對脆性質料或零件举行硬度測試，不容易發生碎裂；获得的布局信息丰硕，經由過程對試件举行纵深硬度測試，以断定電镀、氮化、氧化或渗碳层的厚度；測試精度高，所得压痕為棱形，轮廓清晰，其對角線长度的丈量精度高。

错误谬误：試件尺寸不成太大；如要晓得質料或零件的硬度，則必需對試件举行多點硬度實驗；對試件的概况質量请求较高，特别是请求概况粗拙度要在RA0.05以上；對測試情况请求高，特别是请求有严酷的防振辦法。

显微硬度實驗影响身分

一、丈量偏差：主如果由载荷丈量偏差△F及压痕丈量偏差△2d引發的，其偏差可按下式计较：

△HV= HV（（△F/F）+（△2d/d））

丈量偏差属静態偏差，操作進程和儀器精度紧密親密相干。

二、試样的概况状况：被測試样的概况状况直接影响成果的靠得住性，測定显微硬度的試样與平凡金相样品的制备不异，磨光、抛光時應尽可能防止表层微量的塑性變形引發的加工硬化。

三、加载部位：压痕在被測晶粒上的部位及被測晶粒的厚度對显微硬度值均有影耳鳴貼,响。在選擇丈量工具時應拔取较大截面的晶粒，由于较小截面的晶粒厚度可能较薄，丈量成果可能會受晶界或相邻第二相的影响。

四、實驗载荷：為包管丈量的正确度，實驗载荷在原則上應尽量大，且压痕巨细必需與晶粒巨细成必定比例，在測定软基體上硬質點時，被測點截面直径必需4倍于压痕對角線长，不然将可能获得不许确的丈量数据。别的測定脆性相時，高载荷可能呈現“压碎”征象，從而使获得的硬度值不许确。

五、载荷施加快度及連结時候：硬度界說中的载荷是指静態的寄义，但現實上一切硬度實驗中载荷都是動態，因此必定的速率施加在試样上，因為惯性的感化，加荷機構會發生一個附加载荷，這會使硬度值偏低，為了解除這個附加载荷的影响，在施加载荷時應以尽量安稳、迟钝的速率举行。

塑性變形是一個進程，完成這個進程必要必定的時候，只有载荷連结足够的時候，由压痕對角線长度所測出的显微硬度值才更靠近于質料的真實硬度值。

显微硬度實驗的利用

显微硬度實驗不但用于對金属質料的測定，同時也可對非金属質料举行測定。既可以作為工藝查驗的手腕，同時也是是金相组织@钻%1939s%研和質%Tz6J4%料@科學钻研方面不成缺乏的技能引导。其常見的利用范畴以下：

1．用于工藝查驗。重要測定小件、薄件、制品、半制品和零件特别部位的硬度，如轴尖、薄片、刀刃等；

2．用于金相學和金属物理學方面。經由過程對压痕外形的察看可以钻研金属各構成相的塑性和脆性。辅助阐發金属布局、構成和晶體特征；

3．用于質料科學方面。钻研新合成質料構成成份之特征，如分歧温度下或分歧工藝處置後（氮化、氧化、碳化）質料的特征；

4．對非金属質料的測定。如對玻璃、玛瑙、磨料、矿物、陶磁器和其他一些脆性布局件硬桃園市通水管,度的測定。這是其他硬度實驗法難以解决的測定項目。

5. 晶粒内部不平均性的钻研。因為显微硬度對化學成份不平均的相具备较敏感的判定能力，故經常使用于钻研阐發晶粒内部的不平均性。如經由過程合金中固溶體枝晶偏析的測定，获得晶粒不平均與成份、状况間的瓜葛，進而為節制解除偏析供给数据。

参考文献

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2. 萧泽新，陈奕高编著．現代金相显微阐發及儀器．西安：西安電子科技大學出书社，2015.05：121~122

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