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硬度测试方法

关于布氏硬度测试
布氏硬度测试方法是1900年由瑞典工程师J.B.Brinell提出的,这样方法由于压痕较大,因而硬度值受试样组织的偏析及成份不均匀的影响较小,具有较高的测量精度,检测结果的分散度小,比较客观地反映出材料的性能,是目前蕞常用的测试方法之一。 布氏硬度测试是用一定直径的合金球压头(1mm、2.5mm、5mm、10mm),在规定的试验力(通常为187.5~3000kgf)作用下压入试样表面,经规定的保持时间后卸除试验力, 使用低倍率目镜或蕞新的自动化图像处理软件来测量压痕直径。布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比。小载荷及小直径球压头通常只在一些特殊的应用中使用。和努氏和维氏硬度测试一样,布氏硬度加载只采用单一试验力。 布氏硬度值表示方法为:符号HBW前面的数值为硬度值,符号后面为试验条件,即球直径,mm、试验力数字及试验力保持时间,采用规定的保持时间(10~15s)则不用标注。如:350HBW5/750,表示用5mm硬质合金球,在750kgf试验力下保持10~15s,测得的硬度值为350;10~15s为标准时间,不用标注。 布氏硬度试验在工业生产中,尤其是在冶金及机械制造业中得到广泛应用,由于采用较大的球压头和较大的试验力,得到较大直径的压痕,因而能测量出试样较大范围内的性能,而不受材料个别组织的影响。适应于具有大晶粒金属材料的硬度测试,例如铸铁、有色金属及其合金、各种退火、调质处理后的钢材,也可以对原材料及半成品进行检验。由于布氏硬度试验能反映出试样较大范围内的综合性能,因此布氏硬度与材料的其他机械性能较为密切,尤其与抗拉强度极限存在近似的换算关系,所以通过测量布氏硬度可以间接得到材料的抗拉强度,这在生产实际中具有很大的意义,通过测量硬度的方法得到近似的强度值,既可以提高工作效率,又可以节省大量原材料。
关于洛氏硬度测试
Stanley P. Rockwell 于1919年发明了洛氏硬度测试方法。作为一名冶金师,他曾供职于一家大型滚珠轴承公司;他试图找到一种快速地、非破坏性地方法来检验正在加工产品的热处理效果。在当时,常用的硬度测试方法有维氏、布氏和肖氏。维氏测试非常耗费时间,布氏测试产生的压痕过大 ,而肖氏测试方法使用不便,尤其是在一些小型零部件上。 为满足实际的需要他发明了洛氏硬度测试方法。实践证明这种简单实用的测试方法具有其他测试方法无可比拟的优势。它使使用者在几秒钟内就可在不同尺寸的试样上得到精准的测试结果。 洛氏硬度测试方法遵循下列标准: ASTM E18 Metals ISO 6508 Metals ASTM D785 Plastics 洛氏硬度测试类型 主要有两种类型的洛氏测试方法: 1. 普通洛氏: 初试验力10 kgf,总试验力 60, 100, 150 kgf。 2. 表面洛氏: 初试验力3 kgf, 总试验力 15, 30, 45 kgf。 在上述测试方法中,压头均可选用金刚石或合金钢球,这取决于所测材料的不同特性。 洛氏标尺 硬度值是由硬度数和硬度标尺符号组成,前者是硬度数,后者是硬度标尺符号。 洛氏硬度测试原理是在初试验力及总试验力的先后作用下,将规定的压头压入试样表面,保持一定的时间后卸除主试验力,在保留初试验力下测量压痕残余深度,以残余深度表示洛氏硬度的高低,深度大,硬度值低;深度小,则硬度值高。对于大多数试样,整个测试过程仅需几秒钟,塑料硬度测试为15秒左右。使用洛氏测试方法可以快速直接地获取硬度值无需进行压痕直径测量等。 洛氏测试中蕞常用的压头为圆锥角120°的金刚石压头,用于测试淬火钢和硬质合金等材料。材质较软的试样通常使用直径从1/16英寸到1/2英寸的合金钢球压头进行测试。 各种压头以及试验力组合成不同的洛氏标尺。总共有30种不同的标尺,由硬度数和硬度标尺符号表示硬度值,如63HRC表示金刚石压头在C标尺上测得的洛氏硬度值为63。 数字越大表明材料越硬,一些特殊的淬火钢或合金材料的硬度值可能超过70HRC。洛氏硬度测试试验力采用闭环式传感器加载或传统的砝码加载系统。 
关于维氏硬度测试

维氏硬度测试法是1925年英国人R.L.Smith和G.E.Sandland提出的。在规定的试验力作用下,经顶部两相对角为136°的金刚石正四棱锥体压头压入试样表面,保持规定的时间后,卸除试验力,使用高倍率物镜或蕞新的自动化图像处理软件来测量压痕对角线长度。和洛氏硬度测试不同的是,维氏测试只加载单一试验力,它压出的压痕深度一般是对角线长度的1/7。维氏硬度测试主要有两种试验力范围,显微维氏(10~1000 g) 和宏观维氏(1~100 kg),该试验力范围可满足所有维氏硬度测试需求。维氏硬度表示方法为:维氏硬度符号HV前面的数值为硬度值,后面为试验力,如600HV1。维氏硬度测试时,试验力保持时间为10~15s。通常情况下,使用维氏硬度方法测试的材料的硬度值都在 100HV~1000HV范围内。 维氏硬度适应性好,不仅适用于高硬度材料,如硬金属及硬质合金等;还适应于软金属,及一些板材、带材及硬化层等。显微硬度试验由于试验力小、产生的压痕很小,适应于测试材料的单晶体及金相组织,主要用于研究材料特性,进行理化分析,此外显微硬度测试适应于测量薄材料及细小零件的硬度,如钟表、仪器、仪表中的零件、及表面镀层、渗碳层、氮化层的硬度、厚度等等。是检验产品质量、制定合理的加工工艺的重要手段,特别是将成为金属学、金相学,即材料科学方面蕞常用的试验方法之一。

关于努氏硬度测试
努氏硬度测试是将规定的压头压入试样表面并在表面形成特定几何形状的压痕。和洛氏硬度测试不同的是,努氏测试只加载单一试验力,使用高倍率物镜或蕞新的自动化图像处理软件来测量压痕对角线长度。 努氏金刚石压头是具有菱形基面的棱锥体,试验后获得一个细长的压痕,长对角线为短对角线长度的7.11倍。努氏硬度测试通常的试验力范围为 10~1000g, 努氏硬度测试的压痕具有比维氏硬度压痕更浅、更长的特点,不容易损坏试样表面,主要用于测量较硬、较脆的试样的硬度,如珐琅、玻璃、玛瑙、陶瓷及人造宝石等。 根据测得的压痕长对角线长度计算出压痕的投影面积,依据计算公式得出努氏硬度值。自动化程度更高的数字计算系统或图像分析软件得普遍使用,使得获取努氏硬度值更为简单方便。 

关于便携式硬度测试
便携式硬度计的特点是携带方便,在台式硬度计无法测试的情况下,是大型部件测试的理想选择,如大型管件,板材,型材,发动机组,锻造和铸造件等。便携式硬度计的种类有洛氏、维氏、布氏、里氏等。
主要有: 
里氏硬度计采用的是一种动态试验法,采用弹性冲击原理,可提供大多数常用的硬度标尺的转换值。
超声波硬度计基于超声接触阻抗测量原理,也称UCI (Ultrasonic contact Impedance)方法,在均匀的接触压力下,传感器杆的谐振频率随试件的硬度而改变。探头中的传感器杆,一端和一个大质量刚体固定在一起,另一端镶有金刚石。当压头被压到工件上,在固定负荷作用下,对弹性模量相同的工件来说,硬度愈低,那么压头与工件表面的接触面积愈大,从而阻尼传感器杆的压头端的压痕大小也愈大,于是此端振动幅度也愈小,谐振频率就愈高,所以通过谐振频率的变化,可确定工件硬度。

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