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硬度測(cè)試方法

關(guān)于布氏硬度測(cè)試
布氏硬度測(cè)試方法是1900年由瑞典工程師J.B.Brinell提出的，這樣方法由于壓痕較大，因而硬度值受試樣組織的偏析及成份不均勻的影響較小，具有較高的測(cè)量精度，檢測(cè)結(jié)果的分散度小，比較客觀(guān)地反映出材料的性能，是目前*常用的測(cè)試方法之一。布氏硬度測(cè)試是用一定直徑的合金球壓頭(1mm、2.5mm、5mm、10mm)，在規(guī)定的試驗(yàn)力(通常為187.5~3000kgf)作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，使用低倍率目鏡或*新的自動(dòng)化圖像處理軟件來(lái)測(cè)量壓痕直徑。布氏硬度與試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商成正比。小載荷及小直徑球壓頭通常只在一些特殊的應(yīng)用中使用。和努氏和維氏硬度測(cè)試一樣，布氏硬度加載只采用單一試驗(yàn)力。布氏硬度值表示方法為：符號(hào)HBW前面的數(shù)值為硬度值，符號(hào)后面為試驗(yàn)條件，即球直徑，mm、試驗(yàn)力數(shù)字及試驗(yàn)力保持時(shí)間，采用規(guī)定的保持時(shí)間(10~15s)則不用標(biāo)注。如：350HBW5/750，表示用5mm硬質(zhì)合金球，在750kgf試驗(yàn)力下保持10~15s，測(cè)得的硬度值為350；10~15s為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，不用標(biāo)注。布氏硬度試驗(yàn)在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在冶金及機(jī)械制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，由于采用較大的球壓頭和較大的試驗(yàn)力，得到較大直徑的壓痕，因而能測(cè)量出試樣較大范圍內(nèi)的性能，而不受材料個(gè)別組織的影響。適應(yīng)于具有大晶粒金屬材料的硬度測(cè)試，例如鑄鐵、有色金屬及其合金、各種退火、調(diào)質(zhì)處理后的鋼材，也可以對(duì)原材料及半成品進(jìn)行檢驗(yàn)。由于布氏硬度試驗(yàn)?zāi)芊从吵鲈嚇虞^大范圍內(nèi)的綜合性能，因此布氏硬度與材料的其他機(jī)械性能較為密切，尤其與抗拉強(qiáng)度極限存在近似的換算關(guān)系，所以通過(guò)測(cè)量布氏硬度可以間接得到材料的抗拉強(qiáng)度，這在生產(chǎn)實(shí)際中具有很大的意義，通過(guò)測(cè)量硬度的方法得到近似的強(qiáng)度值，既可以提高工作效率，又可以節(jié)省大量原材料。

關(guān)于洛氏硬度測(cè)試
Stanley P. Rockwell 于1919年發(fā)明了洛氏硬度測(cè)試方法。作為一名冶金師，他曾供職于一家大型滾珠軸承公司；他試圖找到一種快速地、非破壞性地方法來(lái)檢驗(yàn)正在加工產(chǎn)品的熱處理效果。在當(dāng)時(shí)，常用的硬度測(cè)試方法有維氏、布氏和肖氏。維氏測(cè)試非常耗費(fèi)時(shí)間，布氏測(cè)試產(chǎn)生的壓痕過(guò)大，而肖氏測(cè)試方法使用不便，尤其是在一些小型零部件上。為滿(mǎn)足實(shí)際的需要他發(fā)明了洛氏硬度測(cè)試方法。實(shí)踐證明這種簡(jiǎn)單實(shí)用的測(cè)試方法具有其他測(cè)試方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。它使使用者在幾秒鐘內(nèi)就可在不同尺寸的試樣上得到精準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果。洛氏硬度測(cè)試方法遵循下列標(biāo)準(zhǔn)： ASTM E18 Metals ISO 6508 Metals ASTM D785 Plastics 洛氏硬度測(cè)試類(lèi)型主要有兩種類(lèi)型的洛氏測(cè)試方法： 1. 普通洛氏：初試驗(yàn)力10 kgf，總試驗(yàn)力 60, 100, 150 kgf。 2. 表面洛氏：初試驗(yàn)力3 kgf，總試驗(yàn)力 15, 30, 45 kgf。在上述測(cè)試方法中，壓頭均可選用金剛石或合金鋼球，這取決于所測(cè)材料的不同特性。洛氏標(biāo)尺硬度值是由硬度數(shù)和硬度標(biāo)尺符號(hào)組成，前者是硬度數(shù)，后者是硬度標(biāo)尺符號(hào)。洛氏硬度測(cè)試原理是在初試驗(yàn)力及總試驗(yàn)力的先后作用下，將規(guī)定的壓頭壓入試樣表面，保持一定的時(shí)間后卸除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力下測(cè)量壓痕殘余深度，以殘余深度表示洛氏硬度的高低，深度大，硬度值低；深度小，則硬度值高。對(duì)于大多數(shù)試樣，整個(gè)測(cè)試過(guò)程僅需幾秒鐘，塑料硬度測(cè)試為15秒左右。使用洛氏測(cè)試方法可以快速直接地獲取硬度值無(wú)需進(jìn)行壓痕直徑測(cè)量等。洛氏測(cè)試中*常用的壓頭為圓錐角120°的金剛石壓頭，用于測(cè)試淬火鋼和硬質(zhì)合金等材料。材質(zhì)較軟的試樣通常使用直徑從1/16英寸到1/2英寸的合金鋼球壓頭進(jìn)行測(cè)試。各種壓頭以及試驗(yàn)力組合成不同的洛氏標(biāo)尺。總共有30種不同的標(biāo)尺，由硬度數(shù)和硬度標(biāo)尺符號(hào)表示硬度值，如63HRC表示金剛石壓頭在C標(biāo)尺上測(cè)得的洛氏硬度值為63。數(shù)字越大表明材料越硬，一些特殊的淬火鋼或合金材料的硬度值可能超過(guò)70HRC。洛氏硬度測(cè)試試驗(yàn)力采用閉環(huán)式傳感器加載或傳統(tǒng)的砝碼加載系統(tǒng)。

關(guān)于維氏硬度測(cè)試
維氏硬度測(cè)試法是1925年英國(guó)人R.L.Smith和G.E.Sandland提出的。在規(guī)定的試驗(yàn)力作用下，經(jīng)頂部?jī)上鄬?duì)角為136°的金剛石正四棱錐體壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，使用高倍率物鏡或*新的自動(dòng)化圖像處理軟件來(lái)測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度。和洛氏硬度測(cè)試不同的是，維氏測(cè)試只加載單一試驗(yàn)力，它壓出的壓痕深度一般是對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的1/7。維氏硬度測(cè)試主要有兩種試驗(yàn)力范圍，顯微維氏(10~1000 g) 和宏觀(guān)維氏(1~100 kg)，該試驗(yàn)力范圍可滿(mǎn)足所有維氏硬度測(cè)試需求。維氏硬度表示方法為：維氏硬度符號(hào)HV前面的數(shù)值為硬度值，后面為試驗(yàn)力，如600HV1。維氏硬度測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)力保持時(shí)間為10~15s。通常情況下，使用維氏硬度方法測(cè)試的材料的硬度值都在 100HV~1000HV范圍內(nèi)。維氏硬度適應(yīng)性好，不僅適用于高硬度材料，如硬金屬及硬質(zhì)合金等；還適應(yīng)于軟金屬，及一些板材、帶材及硬化層等。顯微硬度試驗(yàn)由于試驗(yàn)力小、產(chǎn)生的壓痕很小，適應(yīng)于測(cè)試材料的單晶體及金相組織，主要用于研究材料特性，進(jìn)行理化分析，此外顯微硬度測(cè)試適應(yīng)于測(cè)量薄材料及細(xì)小零件的硬度，如鐘表、儀器、儀表中的零件、及表面鍍層、滲碳層、氮化層的硬度、厚度等等。是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量、制定合理的加工工藝的重要手段，特別是將成為金屬學(xué)、金相學(xué)，即材料科學(xué)方面*常用的試驗(yàn)方法之一。

關(guān)于努氏硬度測(cè)試
努氏硬度測(cè)試是將規(guī)定的壓頭壓入試樣表面并在表面形成特定幾何形狀的壓痕。和洛氏硬度測(cè)試不同的是，努氏測(cè)試只加載單一試驗(yàn)力，使用高倍率物鏡或*新的自動(dòng)化圖像處理軟件來(lái)測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度。努氏金剛石壓頭是具有菱形基面的棱錐體，試驗(yàn)后獲得一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的壓痕，長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)為短對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的7.11倍。努氏硬度測(cè)試通常的試驗(yàn)力范圍為 10~1000g，努氏硬度測(cè)試的壓痕具有比維氏硬度壓痕更淺、更長(zhǎng)的特點(diǎn)，不容易損壞試樣表面，主要用于測(cè)量較硬、較脆的試樣的硬度，如琺瑯、玻璃、瑪瑙、陶瓷及人造寶石等。根據(jù)測(cè)得的壓痕長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度計(jì)算出壓痕的投影面積，依據(jù)計(jì)算公式得出努氏硬度值。自動(dòng)化程度更高的數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)或圖像分析軟件得普遍使用，使得獲取努氏硬度值更為簡(jiǎn)單方便。

關(guān)于便攜式硬度測(cè)試
便攜式硬度計(jì)的特點(diǎn)是攜帶方便，在臺(tái)式硬度計(jì)無(wú)法測(cè)試的情況下，是大型部件測(cè)試的理想選擇，如大型管件，板材，型材，發(fā)動(dòng)機(jī)組，鍛造和鑄造件等。便攜式硬度計(jì)的種類(lèi)有洛氏、維氏、布氏、里氏等。
主要有：
里氏硬度計(jì)采用的是一種動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法，采用彈性沖擊原理，可提供大多數(shù)常用的硬度標(biāo)尺的轉(zhuǎn)換值。
超聲波硬度計(jì)基于超聲接觸阻抗測(cè)量原理，也稱(chēng)UCI (Ultrasonic contact Impedance)方法，在均勻的接觸壓力下，傳感器桿的諧振頻率隨試件的硬度而改變。探頭中的傳感器桿，一端和一個(gè)大質(zhì)量剛體固定在一起，另一端鑲有金剛石。當(dāng)壓頭被壓到工件上，在固定負(fù)荷作用下，對(duì)彈性模量相同的工件來(lái)說(shuō)，硬度愈低，那么壓頭與工件表面的接觸面積愈大，從而阻尼傳感器桿的壓頭端的壓痕大小也愈大，于是此端振動(dòng)幅度也愈小，諧振頻率就愈高，所以通過(guò)諧振頻率的變化，可確定工件硬度。

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