《显微硬度讲解》PPT课件.ppt

硬度的测定,硬度：金属材料抵抗局部变形,特别是抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力。也是衡量金属软硬程度的判据。,主要内容,1、硬度的特点及应用2、布氏硬度测试3、洛氏硬度测试法4、维氏硬度测试法5、显微硬度测试法,硬度试验的特点及应用试样制备简单，可在各种不同尺寸的试样上进行试验，试验后试样基本不受破坏；设备简便，操作方便，测量速度快；测量范围大:可大(多晶体)可小(单个晶粒、表面渡层、手表内部小零件等)、可软可硬各种金属件都可做硬度试验；,硬度与强度之间有近似的换算关系，根据测出的硬度值就可以粗略地估算强度极限值(如碳钢b0.36HB)。测定材料的硬度,定性分析材料的组织、性能;测定脱碳层深度;定性分析夹杂物性质,组成相的性质等。,2.洛氏硬度测定法,2.1洛氏硬度的测量原理用顶角为120的金刚石圆锥或为1.588mm的淬火钢球为压头,在规定载荷（初载荷及主载荷）的作用下压入材料表面,经规定保持时间后,卸除主试验力，根据压痕深度来确定硬度值。图1表示了洛氏硬度的测量原理。,图1.洛氏硬度试验原理示意图,0-0：未加载荷，压头未接触试件时的位置。1-1：压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。h0包括预载所引起的弹形变形和塑性变形。2-2：加主载荷P1后，压头在总载荷P=P0+P1的作用下压入试件的位置。3-3：去除主载荷P1后仍保留预载荷P0时压头的位置，压入深度为h1。由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，主载荷引起的塑性变形深度为:h=h1-h0,h值越大，试件越软，h值越小，试件越硬。为适应数值越大硬度越高的概念，用一常数K减去h表示硬度的高低。并规定每0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则：测量值直接在表盘上读出。用金刚石圆锥压头时，常数K为0.2mm，硬度值由黑色表盘表示;用钢球(=1.588mm)压头时，常数K为0.26mm，硬度值由红色表盘表示.,为了扩大洛氏硬度的测量范围，可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标尺的洛氏硬度。洛氏硬度共有15种标尺供选择，它们分别为：HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HRG，HRH，HRK，HRL，HRM，HRP，HRR，HRS，HRV；表面洛氏硬度标尺：HR45N、HR30N、HR15N和HR45T、HR30T、HR15T。其中常用的几种标尺见表1。,表1.各种洛氏硬度值的符号及应用,2.2洛氏硬度测定的优缺点优点:操作简便、迅速，适宜大生产；压痕小，适宜测成品；适用范围广，从极软到极硬、从极薄到极硬的材料都能测定。缺点：不同标尺硬度值之间不能相互比较；对粗大组织的金属不适用。,硬度表示法如：38HRC、48HR30N、68HR30T等。金属洛氏试验执行的现行标准为：GB/T230.12004金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法,洛氏硬度实验过程,1、试验前的准备（参数设定）按RESET键清零；将选好的压头安装好；设预载力；设总载荷；设定标尺：按D/B键，使力、压头、标尺一致；设定保荷时间：键DWTIME与DEC或INC键配合，按SET键输入；此时显示标尺与0.0;用标准块校验，示值误差应符合标准。,2、试验过程放好试样，实验点对准压头；顺时转动转盘使试样紧密接触压头，使预载力指示灯依次点亮，直至“SET”灯亮，约1s后自动进行后续过程；显示标尺与硬度值供记录；设备复原位。,注意事项试样表面要平滑干净；试样或试验层最小厚度不小于金刚石压头h的10倍或钢球压头h的5倍；试验后试样背面不得有肉眼可见的变形痕迹；,3.布氏硬度测试法,3.1布氏硬度的测量原理加载荷P,使直径为D的淬火钢球压头压入试件表面并保持一定时间，去载后，测量压痕直径d，算出压痕面积F，P/F即为布氏硬度，用符号HB表示。布氏硬度的测量原理如图2所示。,图2.布氏硬度试验原理示意图,式中：P测试用的载荷(kg)；D压头钢球的直径(mm)；d压痕直径(mm)；F压痕面积(mm2).,测出d,查表即可得HB值,公式,压头直径有2.5mm，5mm，10mm三种;载荷有15.6kg、62.5kg、182.5kg、250kg、750kg、1000kg、3000kg七种;材料的软硬不同要配合使用。为了在不同直径的压头和不同载荷下进行测试时，同一种材料的布氏硬度值相同。D与P之间要满足相似原理。如图3所示。,图3.不同直经的钢球压头产生在几何上相似的压头,推倒得出:,只要使P/D2为一常数，就可使保持不变，从而保持了几何形状相似的压痕。只要满足P/D2为常数，则同一材料测得的HB值是相同的。且不同材料测得的HB值也可进行比较。国家标准规定P/D2的比值为30、10、5三种。实验规范见表2,式中:A为常数,表2布氏硬度的实验规范,3.2布氏硬度的表示方法用10mm钢球，在3000kg载荷下保持10s，测得的布氏硬度值表示为字母HB加上所测得的硬度值，例如HB400。在其他试验条件下，在HB后面要注明钢球直径、载荷大小及保载时间，例如：130HBW10/1000/30表示用10mm的硬质合金球在9.807kN载荷下保持30s测得的布氏硬度为130。硬度值表示法中一般不写单位。,3.3布氏硬度测定的优缺点优点因压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值;因压痕面积较大,测值较准确,测量误差较小;而不受个别组成相及微小不均匀度的影响。布氏硬度值和抗拉强度b间存在一定换算关系。见表3。,表3.布氏硬度与抗拉强度的关系,缺点由于压痕大,只宜测半成品;不宜测太薄，太软、太硬（0.25Dd0.6D）的材料；对不同材料和厚度的试样需更换压头和试验力，测压痕直径费时，还得查表，所以效率低。,3.4设备操作设备名称：KB3000BVRZ万能硬度计:配备了布氏、维氏与洛氏硬度测量模块。主要用于不同载荷范围的布氏硬度测定。试验标准：GB231.12002金属布氏硬度试验第1部分：试验方法。设备操作试样准备；下移载物台预留足够安全空间，完成自检后按Enter或F1进入测试界面；选择载荷、压头直径、压痕观测物镜；调物镜得清晰像；按压OPTIC切换至压头；按压Start加载保荷。显示硬度测量值。,3.5测量注意事项:d的范围应为0.25Dd2%者，需要在硬度值后面注明。,维氏硬度表示法640HV30表示用136金刚石压头在294.2N试验力作用下保持1015秒测得的维氏硬度值为640。640HV30/20表示用136金刚石压头在294.2N试验力作用下保持20秒测得的维氏硬度值为640。,4.3对试样的要求,要求试样经过抛光，试样硬度至少是压痕深度的10倍或者不小于压痕对角线的1.5倍，在满足这个条件的情况下尽可能选用较大载荷，可减少测量误差。,4.4优缺点及注意事项优点可测定从极软到极硬各种金属材料的硬度,且不同载荷下的维氏硬度值可以进行比较。维氏硬度值测量精确可靠，在材料科学研究中被广泛应用。缺点维氏硬度需测量对角线的长度，然后通过计算或查表才能得到硬度值。测量过程繁琐，工作效率低。在测量过程中，采用计算机控制测量过程，采集和处理数据，可能克服上述缺点并大大提高工作效率。,注意维氏硬度两相邻压痕中心之间的距离，对于钢、铜及铜合金至少应为压痕对角线长度的3倍；对于轻金属、铅、锡及合金至少应为压痕对角线长度的6倍。如果相邻两压痕大小不同，应以较大压痕确定压痕间距。金属维氏硬度试验执行的现行标准为：GB/T4340.11999金属维氏硬度试验第1部分：试验方法。,5.显微硬度测试法,5.1显微硬度的测量原理,显微硬度的测量原理与维氏硬度一样，也是用压痕单位面积上所承受的载荷来表示的。只是试样需要抛光腐蚀制成金相显微试样，以便测量显微组织中各相的硬度。显微硬度一般用HM表示。,5.1.1显微硬度测试用的压头有两种：,一种是和维氏硬度压头一样的两面之间的夹角为136的金刚石正四棱锥压头;另一种显微硬度压头。这种压头叫克努普(Knoop)金刚石压头。它的压痕长对角线与短对角线的长度之比为7.11。如图5所示:,维氏金刚石棱锥压头,努氏金刚石棱锥压头,图5维氏硬度压头,5.1.2硬度计算公式,两面之间的夹角为136的金刚石正四棱锥压头时,显微硬度的计算公式为：HV=P/F=1.8544P/d2kg/mm2式中：P载荷(g)；d压痕对角线长度(m)。显微硬度值与维氏硬度完全一致，计算公式差别只是测量时用的载荷和压痕对角线的单位不同造成的。,压头叫克努普(Knoop)金刚石压头时,显微硬度值为：HK=P/A=14229P/L2kg/mm2式中：P载荷(g)；L压痕对角线长度(m)。,显微硬度如用kg/mm2为单位时，可以将单位省去，例如HM300，表示其显微硬度为300kg/mm2,5.2设备简介,设备名称：维氏显微硬度计仪器组成：照明系统、物镜系统、目镜系统、调焦装置、硬度值测量系统。应用：测量各种组成相的硬度及渗层的硬度变化梯度等。,试验前的准备工作：接通电源，试样压平后固定在载物台上；将物镜转如光路并固定；旋转目镜使计测线边缘聚焦；调好后复零：D1显示“0.0”,5.3显微硬度的测试方法,硬度测试：安装物镜；试样聚焦（聚焦前试样表面与镜头距离不少于0.4mm）测试位置置于中心；压头置于光路；设置测试载荷（H、L两档）；加载（确认物镜不在光路中）；物镜转入光路；调目镜测对角线长度；硬度显示。,压痕对角线长度的测定：旋转目镜左右旋钮，使左计测线内侧边缘与压痕左侧尖端相切，右计测线内侧边缘与压痕右侧尖端相切，按“数值输入”键，压痕对角线长度在D1位置显示；将测微目镜逆时针旋转90度后重复上述操作，测量压痕竖直方向对角线长度，按“数值输入”键，压痕对角线长度在D2位置显示。,5.4影响显微硬度值的因素1)试样制备制备试样时，因磨削使表面塑性变形引起加工硬化，这会对显微硬度值有很大的影响(有时误差可达50%)，低载荷下更为明显。因此要尽量减少表面变形层，特别对软材料，最好采用电解抛光。,2)载荷根据试样的实际情况，选择适当的荷载，允许时尽量选择较大的载荷，以得到尽可能大的压痕。任意大小的压痕其弹性回复量几乎一样，压痕越小弹性回复量占的比例就越大，显微硬度值也就越高。在同一试样中，选用不同的载荷测试得出的结果不完全相同，一般载荷越小，硬度值波动越大。对于同一试验最好始终选相同的载荷，以减少载荷变化对硬度值的影响。,布科提出了下列四类加载范围，可供参考：铝合金:1-5g;软铁镍:5-15g;硬钢:15-30g碳化物:30-120g3)加载速度和保载时间加载速度过快，会使压痕加大，显微硬度值降低。一般载荷越小，加载速度的影响就越大。加载后保持载荷3-5s即可卸载进行测量。,6.使用硬度计应注意的事项,除了各种硬度计使用时特殊注意事项外，还有一些共同的应注意的问题，现列举如下：,1)硬度计本身会产生两种误差：一是其零件的变形、移动造成的误差；二是硬度参数超出规定标准所造成的误差。对第二种误差，在测量前需用标准块对硬度计进行校准。,洛氏硬度各标度有一事实上的适用范围，要根据规定正确选用。例如，硬度高于HRB100时，应采用HRC标度进行测试；硬度低于HRC20时应用HRB标度进行测试。因为超出其规定的测试范围时，硬度计的精确度及灵敏度较差，硬度值不准确，不宜使用。其他硬度测试法也都规定有相应的校正标准。校准硬度计用的标准块不能两面使用，因标准面与背面硬度不一定一致。一般规定标准块自标定日起一年内有效。,2)压头避免撞击,保持清洁;3)硬度计调整后，开始测量硬度时，第一个测试点不用。因怕试样与砧座接触不好，测得的值不准确。特第一点测试完，硬度计处于正常运行机制状态后再对试样进行正式测试，记录测得的硬度值。,4)在试件允许的情况下，一般选不同部位至少测试三个硬度值，取平均值，取平均值作为试件的硬度值。5)对形状复杂的试件要采用相应形状的垫块，固定后方可测试。对圆试件一般要放在V形槽中测试。6)加载时动作要轻稳，加载时不能移动试样或转动压头。,思考题1最常用的硬度计有哪几类？其硬度用什么符号表示？2洛氏硬度计的测量原理是什么？3最常用的三种洛氏硬度标准的压头载荷是如何配