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硬度是評定金屬材料力學性能最常用的指標之一。硬度的實質是材料抵抗另一較硬材料壓入的能力。硬度檢測是評價金屬力學性能最迅速、最經濟、最簡單的一種試驗方法。硬度檢測的主要目的就是測定材料的適用性,或材料為使用目的所進行的特殊硬化或軟化處理的效果。對于被檢測材料而言,硬度是代表著在一定壓頭和試驗力作用下所反映出的彈性、塑性、強度、韌性及磨損抗力等多種物理量的綜合性能。由于通過硬度試驗可以反映金屬材料在不同的化學成分、組織結構和熱處理工藝條件下性能的差異,因此硬度試驗廣泛應用于金屬性能的檢驗、監督熱處理工藝質量和新材料的研制。
金屬硬度檢測主要有兩類試驗方法。一類是靜態試驗方法,這類方法試驗力的施加是緩慢而無沖擊的。硬度的測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。靜態試驗方法包括布氏、洛氏、維氏、努氏、韋氏、巴氏等。其中布、洛、維三種試驗方法是應用最廣的,它們是金屬硬度檢測的主要試驗方法。這里的洛氏硬度試驗又是應用最多的,它被廣泛用于產品的檢驗,據統計,目前應用中的硬度計70%是洛氏硬度計。另一類試驗方法是動態試驗法,這類方法試驗力的施加是動態的和沖擊性的。這里包括肖氏和里氏硬度試驗法。動態試驗法主要用于大型的,不可移動工件的硬度檢測。
各種金屬硬度計就是根據上述試驗方法設計的。下面分別介紹基于各種試驗方法的硬度計的原理、特點與應用。
1.布氏硬度計(GB/T231.1—2002)
1.1布氏硬度計原理
對直徑為D的硬質合金球壓頭施加規定的試驗力,使壓頭壓入試樣表面,經規定的保持時間后,除去試驗力,測量試樣表面的壓痕直徑d,布氏硬度用試驗力除以壓痕表面積的商來計算。
硬度符號 | 球直徑 D/mm | 試驗力-壓頭球 直徑平方的比率 0.102F/D2 | 試驗力 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)對于鑄鐵的試驗,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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