金相与硬度测试)课件.ppt
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1、材料分析技术材料分析技术金相与硬度测试金相与硬度测试一 硬度n(一)基本概念(一)基本概念n1.硬度定义硬度定义n 硬度是衡量金属材料软硬的一种性能指标。n2 常用硬度测量方法和分类常用硬度测量方法和分类n 硬度测量基本可分为压入法和划痕法。压入法中,根据加载速度不同又可分为静载压入法和动载压入法(弹性回跳法)。在静载压入法中根据载荷、压头和表示方方法不同,又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等多种。压入法比较简单,能测量所有金属材料的硬度,不损坏零件,而且在一定条件下和材料抗拉强度等性能指标有一定关系,可由硬度值推断其他强度指标,实际工作中使用最多。n3 硬度的物理意义硬度的物理意
2、义n 硬度值的物理意义随着实验方法的不同而不同。对压入法,硬度表示材料表面抵抗另一种物体压入时所引起的变形功;压入法表示材料抵抗表面断裂的能力;回跳法硬度值表示材料金属弹性变形功的大小;因此硬度值实际上不是一个单纯的物理量,它是表征着材料的弹性、塑性、变形强化、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性指标。一般认为硬度是金属表面地抗拒不压入变形和刻划破裂的能力。(二)(二)硬度测量原理硬度测量原理n1.布氏硬度布氏硬度n 布氏硬度的测量原理是用一定载荷P(kgf),把直径为D(mm)的淬火钢球或硬质合金头压入被测金属的表面,保持一定时间后卸载,根据金属压痕的表面积F(mm2),除载荷所得的
3、商值即为布氏硬度,其符号用HB表示,代表单位压痕面积上所承受的压力,一般不标出单位。2/102.0)(mmNDhPFPWHBSn在实际实验时,由于测量压痕直径d比h方便,因此将上式h换算成d的表达式n式中,HBS、HBW分别代表用钢球和金刚石压头测得的硬度,d是唯一变量,试验是只要测出压痕直径d(mm),可通过计算,或查布氏硬度表即可得到HB值。n 由于金属软硬不同,工件薄厚、大小不同,不能仅采用一种标准载荷和钢球直径D,需要在生产实验时,能使用不同大小负荷P和钢球直径D。对同一种材料采用不同载荷和钢球直井,能否得到同一硬度值,关键在于压痕的几何形状相似性。如图所示,要保证级和相似性,必须保证
4、钢球压入角j相等。22212dDDh222102.0)(dDDDPWHBSn由图可知,n 此式说明,若压入角不变,为了使同一种材料二者所得HB不变,则要求P/D2保持常数,这就是由压痕相似性原理导出的P和D选配原则,硬度实验时必须执行。国家标准规定布氏硬度实验时,P/D2的比值为30,10,2.5三种,根据金属材料种类、试样硬度范围和厚度的不同,按照下表规范选择钢球直径P、载荷P及载荷保持时间。2sinjDd 2sin11222jDPHB布氏硬度实验规范布氏硬度实验规范金属类型布氏硬度(HB)试样厚度(mm)P与D相互关系钢球直径D(mm)载荷P(kgf)在和保持时间(sec)黑色金属140-
5、4506-34-2小于2P=30D21052.53000750187.510小于140大于66-3小于3P=10D21052.53000750187.510有色金属大于1306-34-2小于2P=30D21052.53000750187.53036-1309-36-3小于3P=10D21052.53000750187.5308-35大于66-3小于3P=2.5D21052.53000750187.560布氏硬度试验的有效性、标注、优缺点和适用范围布氏硬度试验的有效性、标注、优缺点和适用范围n有效性检验:有效性检验:试验后压痕直径应在0.25Dd0.6D的范围内,否则试验无效,应考虑换用其他载荷
6、重做试验。n表式方法:表式方法:用D=10mm,P=1000kgf,载荷保持时间10sec,所测硬度值为280,则用HB280表示。在其他试验条件下,符号HB应以相应的指数注明钢球直井,载荷大小及保持时间。如HB5/250/30,表示D=5,P=250kgf,载荷保持时间为30sec。n优点:优点:硬度值代表性全面,因压痕大,能反映较大范围内金属各组成相影响的综合性能,而不受个别组成相及微小不均匀度的影响,适用于测定灰口铸铁,轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料;实验数据稳定,重复性好,与强度有一定换算关系。n缺点:缺点:由于压头为淬火钢球,由于钢球自身的变形问题,适用于HB450的硬度范围。n2
7、.洛氏硬度洛氏硬度n 洛氏硬度是目前使用最为广泛的实验方法,和布氏硬度一样,也是一种压入硬度实验方法,但它不是测量压痕面积,而是测量压痕深度,以深度大小表示材料的硬度值。n洛氏硬度的压头采用锥角为120on的金刚石圆锥或直径为1.588mmn(1/6 inch)的钢球。载荷分两次n加,先加初载P1,然后加主载荷nP2,其总载荷为P=P1+P2.n图中0-0为金刚石压头没有和试样n接触位置,1-1为压头受到初载P1n后压入试样深度为h0的位置,2-2n为受到主载荷P2后压入试样深度n为h1的位置,3-3为压头卸掉主载n荷仍保留初载P1下的位置,由于弹性恢复,压头位置提高了h2。此时压头受主载荷作
8、用压入深度为h,用h值来衡量材料的硬度。n金属越硬,压痕深度越小;金属越软,压痕深度越大。若直接以深度h作为硬度值,会出现材料越软,h值反而越大的情况。为了适应人们认为硬度越高,材料越硬的习惯相一致,认为规定以常数K减去h值作为落实硬度值的指标,并规定每0.002mm为一个洛氏硬度单位,用符号HR表示:n使用金刚石压头,K=0.2mm,褐色表盘刻度所示,使用钢球压头,K=0.26mm,红色表盘刻度所示。002.0hKHRn洛氏硬度的优缺点洛氏硬度的优缺点n3.维氏硬度维氏硬度n载荷P可从0.5-120kgf范围内根据试样大小、薄厚和其他条件进行选择,但常用的载荷为是0.5,1,5,10,30k
9、gf。n压痕对角线是用附在硬度计上的显微计测量的。测量时应测出两对角线长度,求其算术平均值作为压痕对角线长度d。测出d后,就可以用计算或从不同载荷下计算好的对照表查得试样的维氏硬度值。)/(8544.122mmkgfdPFPHV维氏硬度的优缺点维氏硬度的优缺点n优点:优点:n1)不存在布氏硬度试验那种载荷与压头直径比例关系的约束,n2)不存在变形问题n3)由于角锥压痕轮廓清晰,采用对角线长度计量,精确可靠。n4)不存在洛氏硬度的硬度级无法统一的缺点,而且较洛氏硬度能够更好的测量极薄试样的硬度。n缺点缺点n 硬度值需要测量对角线,然后查表获得,生产效率不如洛氏硬度,不适宜于大批量的常规检验。4.
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