材料硬度試驗方法

一自然條件、硬度是材料機械性能的一種整體綜合指標。

硬度值不僅與材料的彈性極限開展、彈性模量互動互補、屈服極限、脆性意向、乃至于材料結(jié)晶狀態(tài)意料之外、原子間鍵結(jié)合力和原子結(jié)構(gòu)等都有關(guān)系, 硬度測定的特點是不損壞工件、操作方便形式、迅速置之不顧、效率高。

1.靜壓入試驗—— 用以測定材料對**變形的抗力數字化。布氏硬度空間廣闊、洛氏硬度、維氏硬度改革創新、顯微硬度

2.劃痕試驗—— 測定材料對破裂的抗力知識和技能。觀察一種材料是否能被另一種材料劃痕，馬氏劃痕硬度新模式、莫氏劃痕硬度

3.犁槽試驗—— 將一鈍頭元件（通常為金剛石）以一定的載荷和相似條件下劃過表面實現，以劃痕寬度作為硬度的度量標準。Bierbaum硬度試驗

4.回跳試驗—— 或稱彈性回跳法組織了，測定材料對彈性變形的抗力服務體系。使一標準質(zhì)量和尺寸的物體由試驗表面彈回說服力，取回跳高度作為硬度標準。肖氏硬度

5.阻尼試驗—— 也稱搖擺試驗分析，測定材料對**變形的抗力表示。搖擺法硬度

6.磨損試驗—— 將試樣壓在一正在轉(zhuǎn)動的圓盤上，以磨耗率作為硬度的度量標準

7.沖蝕試驗—— 在標準條件下將磨料沖射到試驗表面上非常激烈，以在一定時間內(nèi)損失的材料重量作為硬度的度量標準

定義：抵抗**壓痕的能力競爭力所在。

原理：在一定的時間間隔里，將硬質(zhì)壓頭壓入所要測試的金屬表面領域，然后測量壓痕的深度       

     或大小發展需要。

優(yōu)點：材料的硬度和其他物理特性之間存在著某種關(guān)系，是一種非破壞性試驗管理。

分類：宏觀硬度通常載荷在1KG 以上

     顯微硬度通常載荷小于1KG(1g-500g)

     納米硬度通常在更小的載荷范圍

二顯示、布氏硬度試驗(GB231-63)測量

       將一定直徑（10mm、5mm效率和安、2.5mm）的鋼球在一定載荷下壓入金屬, 保持一定時間后卸載, 測量壓痕直徑, 按下列公式計算硬度值HB:

P—— 負荷(kgf)

S —— 壓痕的球形表面積(mm2)

D—— 鋼球直徑(mm)

 d—— 壓痕直徑(mm)

 h —— 壓痕深度(mm)

 壓痕直徑是在兩個相互垂直方向上測量的平均值設計能力。

對鋼鐵材料，通常負荷采用3000kg深入開展，保持時間10 ~15s;對軟金屬更為一致，負荷可降至500kg。

 通常硬度和負荷的關(guān)系為：

           3000kg       BHN96 -600

           1500kg       BHN48 -300

            500kg       BHN 16-100

  試樣厚度一般不小于壓痕深度的10倍, 試驗后壓痕直徑的大小應在

           0.25D< d < 0.6D, 否則試驗結(jié)果無效.

   布氏硬度標記例:

 HB2.5/187.5/10=190  表示2.5mm鋼球187.5kg載荷保持10s.

                HB350 表示10mm鋼球3000kg載荷保持10s.

影響因素: 壓頭材料空間廣闊、鋼球直徑、鋼球表面質(zhì)量提供深度撮合服務、負荷大小服務品質、負荷保持時間、直徑測量

                 試樣表面光潔度

三組成部分、洛氏硬度試驗(GB230-63)

測量：以金剛石圓錐或鋼球作壓頭壓入金屬表面, 先后兩次施加載荷: 初負荷(通常10kg)及總負荷(初負荷加主負荷)60影響、100、150kg, 由兩次負荷壓痕深度之差, 求得洛氏硬度.

   洛氏硬度按所選壓頭和負荷不同分為15種, 以HRA的過程中、HRC發展契機、HRB*為常用

洛氏硬度	HRA	HRC	HRB
采用壓頭	金剛石圓錐(120O)	金剛石圓錐(120O)	1.588mm鋼球
總負荷	60kg	150kg	100kg
常用范圍	70 - 85	20 – 67	25 –100
大致相當于維氏硬度	390–900	240-900	60 –240
應用	薄板、硬質(zhì)合金`表面淬火等	淬火鋼促進進步、調(diào)質(zhì)鋼等	低中碳鋼發力、退火鋼、銅合金迎來新的篇章、硬鋁合金等

計算公式

  h0 ----初負荷作用下的壓痕深度mm.

   h1----加上主負荷并卸除, 而保留初負荷時的壓痕深度

影響因素: 金剛石圓錐壓頭角度共創美好、金剛石圓錐壓頭頂端的球面半徑、鋼球壓頭直徑

       初負荷﹑總負荷﹑負荷施加速度薄弱點、測深裝置的影響覆蓋範圍、總負荷保持時間的影響.

測量：采用136o  金剛石正方形角錐體壓頭優化程度。硬度值為所施加的負荷除以壓痕的表面積

   P-----所施加的負荷（kgf）

 d-----壓痕對角線的平均值（mm）

  影響因素:  金剛石壓頭相對兩面夾角、負荷大小及施加速度﹑顯微鏡刻度誤差﹑壓痕測量誤差.

顯微硬度試驗是研究材料表面﹑端面等微觀性能的重要方法, 在摩擦學研究中得到廣泛的應用. 例如在測量微區(qū)硬度﹑涂層硬度﹑硬化層及擴散層的厚度等方面.

四奮勇向前、維氏顯微硬度試驗(GB4342 - 84)

采用136o  金剛石正方形角錐體壓頭不斷豐富。硬度值為所施加的負荷除以壓痕的表面積。其原理與維氏硬度原理相同, 所不同的是試驗所施加的負荷較小, 壓痕測量也更加**.組建。

通常其壓痕深度約為對角線長度的1/7擴大公共數據。

P----- 所施加的負荷 （gf）

d----- 壓痕對角線的平均值 （mm）

θ---- 金剛石相對面的夾角 （136o）

五、顯微硬度試驗

顯微硬度試驗是研究材料表面﹑端面等微觀性能的重要方法, 在摩擦學研究中得到廣泛的應用. 例如在測量微區(qū)硬度﹑涂層硬度﹑硬化層及擴散層的厚度等方面

努普(Knoop)顯微硬度試驗(1939年)

采用136o  金剛石長棱形壓頭, 兩長棱夾角172.3o, 兩短棱夾角130o發行速度。硬度值為所施加的負荷除以壓痕的投影面積更加堅強。其原理與維氏硬度原理相同, 所不同的是試驗所施加的負荷較小, 壓痕測量也更加**.

P----- 所施加的負荷 （gf）

 d ----- 壓痕對角線長度 （mm）

別爾闊維契壓頭（三角形錐體壓頭）

此種壓頭是為了消除四楞錐體壓頭易于產(chǎn)生的頂端橫刃而提出的， 楞與楞之間的夾角為76o54’以使該壓頭所獲得的壓痕深度與四楞錐體壓頭在同一負荷下所得的壓痕深度相同性能。

硬度值是負荷與所得壓痕表面積的比, 計算公式為

      F ----- 所施加的負荷 （N）

      a ----- 壓痕邊長 （mm）

      l ----- 壓痕頂點到對邊的距離(mm ） l=0.866a

多用于測量非脆性的高硬度材料, 其壓痕深度h為其邊長a的0.135倍初步建立。

硬度的應用舉例

硬度與屈服極限的關(guān)系: 對于多晶體的塑性材料σ≈0.3HV.

研究摩擦磨損引起的表面性質(zhì)的變化

表面涂層的性能

涂層厚度測量

   材料晶粒內(nèi)部的機械性能的變化

研究材料的各向異性

作為半導體材料高純度和均勻度的標準

醫(yī)學上的應用: 鑒別牙質(zhì)的病變(健康牙齒表面琺瑯質(zhì)硬度達HV400, 內(nèi)部象      牙質(zhì)HV50~70左右.

研究硬度和材料流變的關(guān)系

研究陶瓷的力學效應和硬度的關(guān)系

硬度與剪切強度之間的關(guān)系

參考文獻

[美]J.H.韋斯特布魯克,H. 康拉德, 硬度試驗科學及其   

應用, 李承歐等譯, 中國計量出版社,1987.8.

[美]V.E.萊薩特,A.德貝利斯，硬度試驗手冊, 廖日嶽 

金文博譯計量出版社,1985.5.

金屬機械性能試驗法匯編,1975.

楊迪供給、李福欣編著的方法，顯微硬度試驗，中國計量出版社,