材料硬度试验方法.ppt

材料硬度试验方法 n硬度是材料机械性能的一种整体综合指标。 n硬度值不仅与材料的弹性极限、弹性模量、 屈服极限、脆性、乃至于材料结晶状态、原 子间键结合力和原子结构等都有关系, 硬度 测定的特点是不损坏工件、操作方便、迅速 、效率高。 1.1硬度试验方法分类 n静压入试验 用以测定材料对永久变形的抗 力。 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度 n划痕试验 测定材料对破裂的抗力。观察一种材料 是否能被另一种材料划痕， 马氏划痕硬度、莫氏划痕 硬度 n犁槽试验 将一钝头元件（通常为金刚石）以一定 的载荷和相似条件下划过表面，以划痕宽度作为硬度的 度量标准。Bierbaum硬度试验 1.1硬度试验方法分类 n 回跳试验 或称弹性回跳法，测定材料对弹性变 形的抗力。使一标准质量和尺寸的物体由试验表面弹 回，取回跳高度作为硬度标准。肖氏硬度 n阻尼试验 也称摇摆试验，测定材料对永久变形 的抗力。摇摆法硬度 n磨损试验 将试样压在一正在转动的圆盘上，以 磨耗率作为硬度的度量标准 n冲蚀试验 在标准条件下将磨料冲射到试验表面 上，以在一定时间内损失的材料重量作为硬度的度量 标准 1.2静压入硬度试验 定义：抵抗永久压痕的能力。 原理：在一定的时间间隔里，将硬质压头压入所要 测试的金属表面，然后测量压痕的深度 或大小。 优点：材料的硬度和其他物理特性之间存在着某种 关系，是一种非破坏性试验。 分类：宏观硬度 通常载荷在1KG 以上 显微硬度 通常载荷小于1KG(1g-500g) 纳米硬度 通常在更小的载荷范围 l 测量 将一定直径（10mm、 5mm、 2.5mm）的钢球在一定载荷下压入金 属, 保持一定时间后卸载, 测量压痕直径, 按下列公式计算硬度值 HB: P 负荷 (kgf) S 压痕的球形表面积(mm2) D 钢球直径(mm) d 压痕直径(mm) h 压痕深度(mm) 压痕直径是在两个相互垂直方向上测量的平均值。 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.1布氏硬度试验 (GB231-63) 对钢铁材料， 通常负荷采用 3000kg，保持时间 10 15 s; 对软金属， 负荷可降至500kg。 通常硬度和负荷的关系为： 3000kg BHN 96 - 600 1500kg BHN 48 - 300 500kg BHN 16 - 100 试样厚度一般不小于压痕深度的10倍, 试验后压痕直径的大小应在 0.25D d 0.6D, 否则试验结果无效. 布氏硬度标记例: HB2.5/187.5/10=190 表示 2.5mm钢球 187.5kg载荷保持10s. HB350 表示 10mm钢球 3000kg载荷保持10s. 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.1布氏硬度试验 (GB231-63) l 影响因素: 压头材料 钢球直径 钢球表面质量 负荷大小 负荷保持时间 直径测量 试样表面光洁度 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.1布氏硬度试验 (GB231-63) l 测量 以金刚石圆锥或钢球作压头压入金属表面, 先后两次 施加载荷: 初负荷(通常10kg)及总负荷(初负荷加主负荷) 60、100、150kg, 由两次负荷压痕深度之差, 求得洛氏硬 度. 洛氏硬度按所选压头和负荷不同分为15种, 以HRA、HRC 、HRB最为常用 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.2 洛氏硬度试验 (GB230-63) 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.2 洛氏硬度试验 (GB230-63) 洛氏硬度HRA HRC HRB 采用压头 金刚石圆锥 (120O) 金刚石圆锥 (120O) 1.588mm钢球 总负 荷60kg150kg100kg 常用范围70 - 8520 6725 100 大致相当于维氏 硬度 390 900240 - 900 60 240 应用薄板、硬质合金 表面淬火等 淬火钢、调质钢 等 低中碳钢、退火 钢、铜合金、硬 铝合金等 l 计算公式 h0 - 初负荷作用下的压痕深度 mm. h1 - 加上主负荷并卸除, 而保留初负荷时的压痕深度 mm. 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.2 洛氏硬度试验 (GB230-63) l 影响因素: 金刚石圆锥压头角度 金刚石圆锥压头顶端的球面半径 钢球压头直径 初负荷 总负荷 负荷施加速度 测深装置的影响 总负荷保持时间的影响. 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.2 洛氏硬度试验 (GB230-63) l 测量 采用136o 金刚石正方形角锥体压头。硬度值为所施加的 负荷除以压痕的表面积 P - 所施加的负荷 （kgf） d - 压痕对角线的平均值 （mm） l 影响因素: 金刚石压头相对两面夹角、负荷大小及施加 速度 显微镜刻度误差 压痕测量误差. 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.3 维氏硬度试验 显微硬度试验是研究材料表面 端面等 微观性能的重要方法, 在摩擦学研究中得到 广泛的应用. 例如在测量微区硬度 涂层硬 度 硬化层及扩散层的厚度等方面. 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.4显微硬度试验 l 维氏显微硬度试验(GB4342 - 84) 采用136o 金刚石正方形角锥体压头。硬度值为所施加 的负荷除以压痕的表面积。其原理与维氏硬度原理相同, 所不同的是试验所施加的负荷较小, 压痕测量也更加精确. 。 通常其压痕深度约为对角线长度的1/7。 P - 所施加的负荷 （gf） d - 压痕对角线的平均值 （mm） - 金刚石相对面的夹角 （136o） 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.4显微硬度试验 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.4显微硬度试验 l 努普(Knoop)显微硬度试验(1939年) 采用136o 金刚石长棱形压头, 两长棱夹角172.3o, 两短 棱夹角130o。硬度值为所施加的负荷除以压痕的投影面积 。其原理与维氏硬度原理相同, 所不同的是试验所施加的 负荷较小, 压痕测量也更加精确. P - 所施加的负荷 （gf） d - 压痕对角线长度 （mm） 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.4显微硬度试验 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.4显微硬度试验 l 别尔阔维契压头（三角形锥体压头） 此种压头是为了消除四楞锥体压头易于产生的顶端横刃而提出 的， 楞与楞之间的夹角为76o54以使该压头所获得的压痕 深度与四楞锥体压头在同一负荷下所得的压痕深度相同。 硬度值是负荷与所得压痕表面积的比, 计算公式为 F - 所施加的负荷 （N） a - 压痕边长 （mm） l - 压痕顶点到对边的距离 (mm ） l=0.866a 多用于测量非脆性的高硬度材料, 其压痕深度h为其边长a的 0.135倍。 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.4显微硬度试验 1.3常用的静压入硬度试验方法 -1.3.4显微硬度试验 1.4硬度的应用举例： n 硬度与屈服极限的关系: 对于多晶体的塑性材料 0.3HV. n 研究摩擦磨损引起的表面性质的变化 n 表面涂层的性能 n 涂