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不銹鋼硬度對照表來襲,介紹常用硬度測試方法

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? 硬度是指材料在一定條件下抵抗另一個本身不會發生殘余變形的物體壓入的能力。硬度與材料性能如抗拉強度之間存在經驗的關系,如圖1所示。硬度是衡量材料質量好壞的重要指標,它反映了材料各方面的物理化學性能,是材料制備、生產等過程中非常重要的質量控制因素。硬度測試的結果在一定條件下能夠敏感地反映出材料在化學成分、組織結構和熱處理工藝上的差異。


1.硬度與抗拉強度的關系


? 較早的硬度測試方法是劃痕硬度測試方法,通過一種材料在另一種材料上產生劃痕的能力來劃分材料硬度。最早的例子是使用具有硬度變化的圓棒如圖2,產生劃痕的位置(或者特定位置產生的劃痕尺寸)決定相對硬度。該方法只能表示材料相對于指定材料的軟硬程度。


2.劃痕硬度測試示意圖


? 莫氏硬度就是利用了劃痕硬度測試的原理。莫氏硬度是1822年由德國礦物學家FrederichMohs首先提出。他將材料硬度從110進行劃分,硬度大小取決于它們在標準材料(右)上產生劃痕的能力,如表1。其中,第1等級礦物的硬度是最小的,第10等級礦物的硬度是最大的,礦物10可以在礦物9上刻劃,礦物9可以在礦物8上刻劃,以下的硬度都以此類推。


1.莫氏硬度等級劃分

1 滑石Talc

6正長石Orthoclase

2石膏Gypsum

7石英Quartz

3方解石Calcite

8黃玉Topaz

4螢石Fluorite

9剛玉Corundum

5磷灰石Apatite

10金剛石Diamond

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莫氏硬度測試方法的不足在于所得的結果非常的不準確,且不是連續線性的結果,如圖3

3. 莫氏硬度與維氏硬度的關系


? 現代的硬度測試方法常用的有包括布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、努氏硬度等測試方法。以下便介紹關于這些測試方法的基礎、優點、局限性以及應用。

布氏硬度


布氏硬度起源于1900年,是最早被廣泛接受的測試方法。它的原理是使用球壓頭D通過一定的壓力F在材料表面產生壓痕,再用光學系統測量壓痕直徑d,最后通過經驗公式計算可得到布氏硬度值,如圖4所示。


4.布氏硬度原理圖


關于測試過程

選擇試驗力,合適的球壓頭D

必要時處理樣品表面

固定樣品,使其平整,上下表面平行

對樣品表面施加力F(必須緩慢增加,且適當保持以保證塑性變形)

測量施力后留下的壓痕直徑d

計算最終布氏硬度值

計算公式如下:



關于壓頭材料

布氏硬度早期的壓頭材料為硬化鋼(符號HBS),不適用于非常硬(>450HB)的材料,容易變形,最終會導致測試結果誤差大。ISOASTM標準先后推薦使用WC(碳化鎢,符號HBW)球來做所有的布氏硬度測試適用測試范圍達650HB,更加耐用。

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關于壓痕尺寸

壓痕過小,壓痕難以準確的測量,并且壓頭損壞的風險變大;壓痕過大,硬度測試的靈敏度降低。因此,標準規定了壓痕尺寸的上下限,壓痕直徑與壓頭直徑的比值d/D應在0.240.6之間。在測試過程中要注重選擇合適的球壓頭直徑和載荷大小與被測試的材料匹配。

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關于壓痕位置

硬度測試產生壓痕的過程會引起殘余應力和加工硬化,過于靠近邊緣會導致材料不足以限制壓痕周圍的變形區,因此,若壓痕位置不當,測試結果易產生能夠誤差。壓痕位置的選擇參考圖6


5.布氏硬度壓痕位置選擇


關于標尺選擇

布氏硬度測試要選擇好標尺(載荷大小與球壓頭直徑的組合)。通常采用壓痕相似性原理來設計布氏硬度的標尺。

壓痕相似性原理:對于不同的壓頭直徑和載荷組合,當壓入角相同時,如圖5,材料的硬度值才具有可比性。對于相同的材料,當載荷與壓頭直徑平方的比值(K=F/D2?)相同時,壓入角相同,所求得的硬度值也相同。

6.布氏硬度壓痕相似性原理示意圖


壓入角28°74°之間硬度值變化很小,44°d/D=0.375)是最理性的狀況。對同一材料而言,160HBW10/500大約相當于180HBW10/3000。因此,常見的 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 比值,不同比值下測量結果不具備可比性。如表2HB30HB10HB5標尺下所得的硬度值不可以做比較。

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2.布氏硬度常見K


球直徑 (mm)

載荷 (kp)

10

3000

1000

500

250

5

750

250

125

62.5

2.5

187.5

62.5

31.2

15.6

比值K

HB30

HB10

HB5

HB2.5

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K值得選擇具有一定的要求,通常高硬度材料選用較大K值,低硬度材料選用較小K值。常用的K值選擇如表3

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3.?K值的選擇

K

Test ?Method

Application ?/ Material

Hardness

Range (HBW)


HBW 1/30



HB30

HBW 2.5/187.5

Steel ?/ Iron

95-650


HBW 5/750




HBW 10/3000




HBW 1/10

Light ?Metals


HB10

HBW 2.5/62.5

Cu ?/ Al

32 -220


HBW 5/250

Cu-Alloys



HBW 10/1000

Alu-Alloys



HBW 1/5

Light ?Metals


HB5

HBW 2.5/31.25

Cu ?/ Al

16 -110


HBW 5/125

Cu-Alloys



HBW 10/500

not ?heat treated



HBW 1/2.5



HB2.5

HBW 2.5/15.625

Light ?Metals

8 -55


HBW 5/62.5




HBW 10/250



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關于最小樣品厚度

布氏硬度測試過程中,試驗力易引起樣品的扭曲、變形和移動,導致誤差的產生。因此ASTM樣品厚度要達到壓痕深度的10倍。不同標尺要求的樣品最小厚度如表4所示。

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4.Buehler最小厚度與硬度值關系對照表



關于硬度值表示


關于測試優勢與局限性

①優勢

相對較寬的測試范圍8~650HBW

不同測試力之間硬度值可以對比 (對于相同的F/D2)

壓痕較大

對樣品表面狀況不敏感

- 測試大塊材料硬度

- 對光學測量誤差不敏感

- 非常適合于大晶粒材料的測試

與拉伸強度之間有較好的對應關系

②局限性

大的壓痕意味著不能區分出局部區域的硬度值變化

不適合于涂層和薄片樣品的測試

不適合于高硬度材料的硬度測試

通過光學顯微鏡測量壓痕,不同操作者對測量的影響較大

不建議測試弧形表面

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關于應用

適用于鑄鐵、鍛造件、各種退火及調質的鋼材,有色金屬、硬質合金、陶瓷、不銹鋼等,廣泛應用在汽車和航空等行業,試驗室和車間的樣品測試和質量控制。可測平面和圓柱形工件,不宜測定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。

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關于產品

7所示是我們推薦的布氏硬度計。

7.Wilson Hardness BH3000 布氏硬度計


-采用全自動閉環式傳感器控制技術。測試結果精確、重復性高

-結構堅固耐用,性能穩定,能在較為惡劣的環境工作,并能夠滿足并超越各種測試要求

-配備獨立的測量顯微鏡測量壓痕直徑

-操作面板人性化設計,操作簡單,使用方便,所有參數設置、硬度測試及數理統計輸出等功能通過控制面板操作即可完成。

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主要參數如表5所示


5.Wilson Hardness BH3000基本參數


硬度計

布氏

LCD顯示

硬度值、對角線長度、試驗力大小

保持時間、壓頭類型、轉換值上下限

硬度值分辨率

0.1 unit if HB < 100; else ?1.0 unit

符合標準

ISO 6506, ASTM E10, JIS

試驗力類型

閉環式傳感器控制系統

試驗周期

全自動

試驗力

62.5,187.5, 250, 500, 750, ?1000, 1500, 3000kgf

布氏標尺

HBW 10/3000, HBW 10/1500, HBW 10/1000, HBW 10/500,

HBW 10/250, HBW 10/100, HBW 5/750, HBW5/250, HBW

2.5/187.5

壓頭(可選)

布氏球壓頭: 2.5, 5, 10mm

保載時間

2 - 99

試樣放置

試件最大高度 ?11in (280mm)

中心線處深度 ?5in (130 mm)

試件外表面粗糙度, Ra < 21.6 μm

樣品夾持

重型加持和保護裝置

樣品支撐

多種平型和V型試臺適合不同幾何形狀試樣

圓柱形表面

最小直徑 0.1in (3mm)

電源

100 - 240VAC, 60/50Hz

光學測量(可選)

外部測量顯微鏡; ?機械 20x, 40x 60x

基于測量系統的數字化掃描

硬度塊

標準硬度塊都附上ASTME384ASTM E18ASTM E10ISO 6507ISO6508,或ISO 6506校驗證書

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