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硬度是評(píng)定金屬材料力學(xué)性能最常用的指標(biāo)之一。硬度的實(shí)質(zhì)是材料抵抗另一較硬材料壓入的能力。硬度檢測(cè)是評(píng)價(jià)金屬力學(xué)性能最迅速、最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)單的一種試驗(yàn)方法。硬度檢測(cè)的主要目的就是測(cè)定材料的適用性,或材料為使用目的所進(jìn)行的特殊硬化或軟化處理的效果。對(duì)于被檢測(cè)材料而言,硬度是代表著在一定壓頭和試驗(yàn)力作用下所反映出的彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性及磨損抗力等多種物理量的綜合性能。由于通過(guò)硬度試驗(yàn)可以反映金屬材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝條件下性能的差異,因此硬度試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于金屬性能的檢驗(yàn)、監(jiān)督熱處理工藝質(zhì)量和新材料的研制。
金屬硬度檢測(cè)主要有兩類試驗(yàn)方法。一類是靜態(tài)試驗(yàn)方法,這類方法試驗(yàn)力的施加是緩慢而無(wú)沖擊的。硬度的測(cè)定主要決定于壓痕的深度、壓痕投影面積或壓痕凹印面積的大小。靜態(tài)試驗(yàn)方法包括布氏、洛氏、維氏、努氏、韋氏、巴氏等。其中布、洛、維三種試驗(yàn)方法是應(yīng)用最廣的,它們是金屬硬度檢測(cè)的主要試驗(yàn)方法。這里的洛氏硬度試驗(yàn)又是應(yīng)用最多的,它被廣泛用于產(chǎn)品的檢驗(yàn),據(jù)統(tǒng)計(jì),目前應(yīng)用中的硬度計(jì)70%是洛氏硬度計(jì)。另一類試驗(yàn)方法是動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法,這類方法試驗(yàn)力的施加是動(dòng)態(tài)的和沖擊性的。這里包括肖氏和里氏硬度試驗(yàn)法。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法主要用于大型的,不可移動(dòng)工件的硬度檢測(cè)。
各種金屬硬度計(jì)就是根據(jù)上述試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的。下面分別介紹基于各種試驗(yàn)方法的硬度計(jì)的原理、特點(diǎn)與應(yīng)用。
1.布氏硬度計(jì)(GB/T231.1—2002)
1.1布氏硬度計(jì)原理
對(duì)直徑為D的硬質(zhì)合金球壓頭施加規(guī)定的試驗(yàn)力,使壓頭壓入試樣表面,經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后,除去試驗(yàn)力,測(cè)量試樣表面的壓痕直徑d,布氏硬度用試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商來(lái)計(jì)算。
硬度符號(hào) | 球直徑 D/mm | 試驗(yàn)力-壓頭球 直徑平方的比率 0.102F/D2 | 試驗(yàn)力 F/N |
HBW10/3000 HBW10/1500 HBW10/1000 HBW10/500 HBW10/250 HBW10/100 HBW5/750 HBW5/250 HBW5/125 HBW5/62.5 HBW5/25 HBW2.5/187.5 HBW2.5/62.5 HBW2.5/31.25 HBW2.5/15.625 HBW2.5/6.25 HBW1/30 HBW1/10 HBW1/5 HBW1/2.5 HBW1/1 | 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 1 1 1 1 1 | 30 15 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 1 | 29420 14710 9807 4903 2452 980.7 7355 2452 1226 612.9 245.2 1839 612.9 306.5 153.2 61.29 294.2 98.07 49.03 24.52 9.807 |
材料 | 布氏硬度 HRW | 試驗(yàn)力-壓頭球直徑平方的比率 0.102F/D2 |
鋼、鎳合金、鈦合金 | | 30 |
鑄鐵1) | <140 ≥140 | 10 30 |
銅及銅合金 | <35 | 5 |
35~200 | 10 | |
>200 | 30 | |
輕金屬及合金 | <35 | 2.5 |
35~80 | 5 10 15 | |
>80 | 10 15 | |
鉛、錫 | | 1 |
1)對(duì)于鑄鐵的試驗(yàn),壓頭球直徑一般為2.5mm,5mm和10mm。 |
材 料 | 布氏硬度值 | 近似換算關(guān)系 |
鋼 | 125~175 >175 | σb≈0.343HB×10MN/m2 σb≈0.363HB×10MN/m2 |
鑄鋁合金 | | σb≈0.26HB×10MN/m2 |
退火黃銅、青銅 | | σb≈0.55HB×10MN/m2 |
冷加工后的黃銅、青銅 | | σb≈0.40HB×10MN/m2 |
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