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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。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。
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。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、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。这里的洛氏硬度试验又是应用最多的,它被广泛用于产品的检验,据统计,目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。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。
各种金属硬度计就是根据上述试验方法设计的。下面分别介绍基于各种试验方法的硬度计的原理、特点与应用。
1.布氏硬度计(GB/T231.1—2002)
1.1布氏硬度计原理
对直径为D的硬质合金球压头施加规定的试验力,使压头压入试样表面,经规定的保持时间后,除去试验力,测量试样表面的压痕直径d,布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。
硬度符号 | 球直径 D/mm | 试验力-压头球 直径平方的比率 0.102F/D2 | 试验力 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 | 试验力-压头球直径平方的比率 0.102F/D2 |
钢、镍合金、钛合金 | | 30 |
铸铁1) | <140 ≥140 | 10 30 |
铜及铜合金 | <35 | 5 |
35~200 | 10 | |
>200 | 30 | |
轻金属及合金 | <35 | 2.5 |
35~80 | 5 10 15 | |
>80 | 10 15 | |
铅、锡 | | 1 |
1)对于铸铁的试验,压头球直径一般为2.5mm,5mm和10mm。 |
材 料 | 布氏硬度值 | 近似换算关系 |
钢 | 125~175 >175 | σb≈0.343HB×10MN/m2 σb≈0.363HB×10MN/m2 |
铸铝合金 | | σb≈0.26HB×10MN/m2 |
退火黄铜、青铜 | | σb≈0.55HB×10MN/m2 |
冷加工后的黄铜、青铜 | | σb≈0.40HB×10MN/m2 |
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