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硬度試驗(yàn)基礎(chǔ)知識

閱讀：55發(fā)布時(shí)間：2022-8-24

硬度是材料的一個(gè)特征，而不是基本物理特性。它的定義是抗壓痕強(qiáng)度，通過測量壓痕的深度來確定。更簡單地說，當(dāng)使用固定的力值（負(fù)載）和特定的壓頭時(shí)，越小的壓痕就代表材料硬度越高。使用 12 種不同測試方法中的一個(gè)測量壓痕的深度或面積可得到該壓痕硬度數(shù)值。

硬度測試應(yīng)考慮的因素
在選擇要使用的硬度測試方法之前，應(yīng)優(yōu)先考慮下列的樣品特征：

• 樣品的尺寸
• 圓柱形樣品
• 樣品的厚度
• 標(biāo)尺
• 設(shè)備的再現(xiàn)性和重復(fù)性

樣品的尺寸
部件尺寸越小，形成所需壓痕的負(fù)載就越低。對于小尺寸的部件滿足最小厚度要求以及壓痕遠(yuǎn)離內(nèi)部或者外部邊界是極為重要的。較大的部件需要用適當(dāng)?shù)膴A具妥善固定，以確保在測試過程中不會移動或滑動。那些突出于砧座或者不易用砧座支撐的部件應(yīng)該裝夾到位或給予適當(dāng)?shù)闹巍?nbsp;

圓柱形樣品
由于軸向和徑向的材料滑動之間有差異，當(dāng)測試小直徑的圓柱形樣品時(shí)，測試結(jié)果是需要修正的。根據(jù)圓柱凸面的直徑，圓弧修正參數(shù)被添加到測試結(jié)果。此外，與邊緣或另一個(gè)壓痕保持等于約為壓痕直徑 2?1/2 倍的最小間隔是很重要的。

樣品的厚度
樣品的最小厚度應(yīng)當(dāng)至少是壓痕深度的十倍。普通和表面洛氏方法都有最小厚度的要求。

標(biāo)尺
有時(shí)候必須以一種標(biāo)尺測量而以另一種標(biāo)尺報(bào)告。轉(zhuǎn)化功能很有必要，但要注意的是它未必能提供可靠的信息，除非已經(jīng)以不同標(biāo)尺的測試完成了實(shí)際的相關(guān)性。

設(shè)備的再現(xiàn)性和重復(fù)性
設(shè)備的重復(fù)性和再現(xiàn)性研究用于計(jì)算操作者和儀器根據(jù)特定測試樣品的允差范圍進(jìn)行測試的能力。硬度測試也有固有變量，它們以標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備R＆R程序和實(shí)際測試樣品的公式來排除。材料的變化和無法以深度測量儀在同一區(qū)域進(jìn)行測試是兩個(gè)影響 GR＆R 結(jié)果的顯著因素。為了盡量減少這些影響，是對于高一致性的標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行研究，以便最小化這些內(nèi)置變化。

硬度測試的方法

在 ASTM E-18 中定義的洛氏測試方法是的硬度測試方法。洛氏測試一般較容易進(jìn)行，而且比其他類型的硬度測試方法更準(zhǔn)確。洛氏測試方法用于所有金屬，除非測試的金屬結(jié)構(gòu)或表面條件會導(dǎo)致太多的偏差；還有那些對于應(yīng)用的壓痕太大；或者樣品的尺寸或形狀限制了測試。
洛氏方法測量由壓頭上的力/負(fù)荷產(chǎn)生的壓痕的變形深度。首先，使用金剛石壓頭對樣品施加初步的加載力（通常被稱為預(yù)載荷）。此負(fù)荷表示穿透表面以降低表面光潔度影響的零位或參考位置。

完成預(yù)壓后，再加上被稱為主載荷的額外負(fù)載，以達(dá)到所需的總測試負(fù)載。考慮到彈性回復(fù)，保持這個(gè)力度至預(yù)定的時(shí)間（保載時(shí)間）。然后釋放該主載荷，然后測量該最終位置與從預(yù)壓位置的壓痕深度偏差，以及預(yù)壓和主載荷之間的壓痕深度偏差。這個(gè)距離被轉(zhuǎn)換成硬度值。

布氏測試方法由ASTM E10標(biāo)準(zhǔn)定義。大多時(shí)候用于測量鑄件和鍛件這些表面或者結(jié)構(gòu)過于粗糙的材料。布氏測試經(jīng)常使用非常重的測試負(fù)載（3000 千克力）和 10 毫米寬的壓頭，以便均衡壓痕大部分的表面和次表面的不一致性。

布氏方法以預(yù)定的測試負(fù)載（F）加載到一個(gè)固定直徑（D）的碳化鎢鋼球，保持一定的預(yù)載時(shí)間然后卸載。然后對壓痕進(jìn)行至少兩次直徑測量 - 通常互相垂直方向上然后取平均值（d）。隨后使用轉(zhuǎn)化表把測量的平均直徑轉(zhuǎn)換為布氏硬度值。測力范圍在 500 至 3000 千克力之間。

一般上布氏硬度試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)壓痕，接下來再使用專配的布氏顯微鏡或光學(xué)系統(tǒng)測量壓痕的直徑。然后使用布氏公式或基于公式的轉(zhuǎn)換表把測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成布氏值。

球型壓頭的直徑范圍可以在 10 毫米至 1 毫米之間。一般而言，更低的負(fù)載和球型直徑是為了更方便地與其他儀器結(jié)果比對，如具有小負(fù)載量程的洛氏單位。

維氏測試方法，維氏測試方法也被稱為顯微硬度測試方法主要用于小零件、薄片或硬化層深度工作。維氏方法是基于光學(xué)測量系統(tǒng)的。顯微硬度測試程序根據(jù)ASTM E-384標(biāo)準(zhǔn)要求以金剛石壓頭按照的低負(fù)載范圍加載形成壓痕，并測量、轉(zhuǎn)換為硬度值。

只要測試樣品是精心準(zhǔn)備的，該測試對于廣泛類型的材料檢測是十分有用的。
底面為正方形的倒錐形金剛石用于維氏標(biāo)尺的試驗(yàn)。雖然“宏觀”維式負(fù)載的范圍可以高達(dá) 30 公斤以上，常規(guī)負(fù)載是很輕的介于幾克到一或幾公斤范圍之內(nèi)。該顯微硬度的方法用于檢測金屬、陶瓷、復(fù)合材料 - 幾乎任何類型的材料。

由于維氏測試的壓痕是非常小的，它適用于不同種類的應(yīng)用：檢測非常薄的材料如金屬箔或測量部件、小零件或小區(qū)域的表面、測量單個(gè)微觀結(jié)構(gòu)或測量硬化層深度。該測量通過部分剖面進(jìn)行一系列的壓痕來描述硬度變化的剖面。

努氏測試方法，也被稱為顯微硬度測試方法主要用于小零件、薄片或硬化層深度工作。維氏方法是基于光學(xué)測量系統(tǒng)的。顯微硬度測試程序根據(jù)ASTM E-384 標(biāo)準(zhǔn)要求按照的低負(fù)載范圍加載形成壓痕，并測量、轉(zhuǎn)換為硬度值。

只要努氏測試樣品是精心準(zhǔn)備的，該測試對于廣泛類型的材料檢測是十分有用的。倒錐形的金剛石壓頭以努氏規(guī)模進(jìn)行檢測。此壓頭不同于上文維氏測試中所使用的倒錐形型壓頭。努氏壓頭的形狀是比較延伸或矩形的。

當(dāng)壓痕間隔非常緊密或非常接近樣品的邊緣時(shí)通常會使用努氏方法。努氏壓痕的寬度可以為測量提供更高的分辨率而且壓痕也更淺。因此，它可以用于非常薄的材料。
努氏測試中，以倒錐形的金剛石壓頭在的保載時(shí)間內(nèi)施加預(yù)定的測試負(fù)載。

努氏測試中所使用的倒錐形壓頭比維氏測試中的壓頭更細(xì)長。保載時(shí)間后卸載。與測量壓痕的縱向和橫向長度取得其平均值的維氏測試不同，努氏方法僅僅測量壓痕的橫向長度。然后以根據(jù)轉(zhuǎn)換表換算為努氏硬度值。

由于努氏測試的壓痕非常小，它適用于不同種類的應(yīng)用包括檢測非常薄的材料如金屬箔或測量部件、小零件或小區(qū)域的表面、測量單個(gè)微觀結(jié)構(gòu)或測量硬層硬化的深度。該測量通過部分剖面進(jìn)行一系列的壓痕來體現(xiàn)硬度的變化。

硬層深度就是樣品上的硬化層厚度。硬層硬化改善了部件在動態(tài)和/或熱應(yīng)力作用下的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。硬化鋼部件一般用于需要高耐磨性和強(qiáng)度轉(zhuǎn)動的應(yīng)用。硬層硬化的特性主要是由表面硬度、有效硬化深度和殘余應(yīng)力的深度剖面來確定的。變速器和發(fā)動機(jī)部件就是硬化的例子。

硬層深度測試一般通過從樣品邊緣朝向中心的產(chǎn)生一系列的硬度壓痕。之后把硬度的演變繪制在圖上，并計(jì)算從該表面到硬度極限（HL）的距離。

（來源：網(wǎng)絡(luò)）

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