金属材料力学性能试验第四讲硬度试验.pdf

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企オ料か试差,试丝
理化检验一理分册
vol,30Vo,4(1994)
专题讲座
金属材料力学性能试验
x不当示?
第四讲硬度试验
凌树森
(机械エ业部上海料研宅所
1概述
1900年,瑞典工程师J?B? Brinel!提出了一种用
硬度的一数定艾
钢球压入试样来测定料硬度的方法,这就是布氏硬
便度是材料的一种综合性的力学性能指标,它是度。它是用一定直径D的悴火钢球或硬质合金球、以
村料硬软程度的度量。由于度量的方法不同,硬度的分
定大小的试验力F(kgf或N),压入试样表面,经
类和具体定义也不相同,更度可分为两大类:压入更度定保持时回43)行、年除试验力,试样表面将留下一个
和痕诞度。在压入硬度中,根据鞍荷速度的不同,又压痕?测量压痕的直径d以计算压球形表画积
可分为静载?入硬度《即通常所用的布氏,洛氏和维氏
mn2),布氏硬度的定义即为试验力F除以压痕球形
硬)和动我压へ硬度く如肖氏硬度和锤击式布氏硬表面积所得的南。其计算公式为
度〕两种
当F用工单位制、即用kgf表示时:
硬度的一般定义是:材料抵抗局部变形(弹性变形
和性变形),压痕或划痕能力的指标。对干具体的每
DーVIア-7
种硬度,其定义和物理含义又不一样。例如,划痕硬
当F用法定单位制、即阻N表示时
度主要是反映金属对切断破坏的抗力;肖氏硬度是表
F
征金属弹性变形能力的大小:常用的布氏、洛氏和维氏
IHB=D.103~S0、1(2人
硬度实际上是反映了压痕附近局部体积内金属的弹性
4-1b)
变形、微量塑性变形、形变强化以及大量塑性变形能力
布氏硬度是不标出单位的,只是表示材料在上述
的指标。
觇定条件下的相对数值大小而已从式4-1a)的定义
1.2度试验的目的和特点
来看,其量钢是kgf/mm2:,表示单位压痕表面积上承受
1.2-1度认嗌的昌的
的载荷。在用N代替kg后,由于1N=0.102kgf,所以
1)原材料的质量检查和热处理质量的控制因为式(4-1b)与式4-1a)尽管相差一个系数.1(12.但其商
硬度试验能敒感地反映出材料的化学成分、拉相组织数值是一致的,即HB是无名数
和结构的差异.国此被广泛地用来进行原材料的质量
布氏硬度的书写方法为:当压头为钢球时、以符号
检查,并被用来检查材料或零件热处理质量的好坏HIRS表之;当压头为硬质合金球时,用符号HBW表
2)属的静强度可由硬度换算得到对于压入硬之?在该符号前写上试验结果(数值)、待号行注上试验
度中的布氏、洛氏和维氏硬度来说、经长期的积累已与条件:即钢球直径(mm/试验载荷(以kgf数值示之
静强度指訸抗拉强度)建立了经验换算关系,因此,试验力保持时间(用s,一般10-1s的可略去).例如:
只要通过硬度的测量便可简接推断其抗拉强度的大120HIBS10/1000/30.即表示用1mm直径的钢球,施
加1000kgf的力,保持载荷30s,得到材料的布氐硬度
3)用硬度来控制零件的加工工艺金稱的硬度与值为120?又如,500HIBW5/750,表示用硬质合金直径
冷成型性、切削性、焊接性等工艺性能有密切的关条,为5m的球,加上750kgf的载荷,保持10-15:所得
因此,硬度也可以作为零件加工工艺质量评定的一个的硬度值为500
指标
布氏硬度压的相似原理
1.2.3试验的村点、
2.2.1同题的損出对于不同的材料,不同的厚度应
般来说,硬度试验具有设备简单、操作迅速方如何选择压头直径D和试验力F,才能使试验得到的
便、压痕小不破坏零件以及便于现场操作等特点。因HB值具有代表性,世即对于不同的材料,其硬度值具
此,在工业生产中得到广泛地应用
有可比性
2金属布氏硬度试验方法
貝体来说,对于同一材料的不同厚度的试样,如果
使用不同的两组D和F值,如何使得到的HIB值相
2,1试验原理
同?对于不同材科的不同厚度试样,如何选择D和F
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Vol.30No.4(1994)
理化检验一物理分册
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以使其FB值可进行比较?
小的K值。实验时可参考表4-1
2.2.2F/DF=常解决上面提出的问题,需要用
豪4-1布氏で度試验中K位(ド/)的选择
到压痕相原理。图1所示为两个直径不同的隶体L
材料
布氏更度
K值
和D2分别在不同的试验力F1和F2作用下压入金属
<,140
表面。由图可见,只有在压入角(即通过压痕直径两
钢及情铁
端与球心迷线的夹角)保持不变的条件下,才能使所测
辱的硬更度值相同,从而F1和F:与D1和D2必须保持
钢及其合金
定的剖约关系。
2.5(1.5)
轻金属及其合金
35~80
105或15)
1.2541)
2.3.2?试的要求试样的上下两面冥平行,试验
面不熊太粗,其粗度成在0.8m以下(即V7以
VIAT
上)。试样应有一定的厚度,以保持试验结果的有效性。
在布硬度试验过程中,其压痕附近的牲变形沿深
1压痕相似原理
度方向可播及压痕深度h的8~10倍,因此,要求试
从图可知,压癌直径d与氏入角乎之间存在下列的最小厚度H≥10
关系
压痕深度h从几何关系可得;
1D.sin里=
- ,d=D
例如,当用D=10mum的钢球压得压痕直径d
代入式く41a)中得:
3.mnm时,代入上式计算压痕滦度=0.23mm,因
HB-F
D
此,该试样的最小厚度H=10×0.23mm=2.3mm
2.3.3试验鲇呆的有性判对布氏硬度试验的
结果是否有效,应作两方面的判断:a)利用式(4-5),捡
从上式可知,要保证同一材料所测得的布氏硬度验一下试样的最小厚度H是否大于等于10h:b)检查
值柘同,必须首先使压入角φ相同,另外,还要使F/-下医寝径d是否落在024D~0.6D之间,若d超
比值等于常数。经过大量实验证明:
出此范,則判为无效,新选择D和F进行试验。
3金属维氏度试验方法
式中A为与材料有关的常数
由式(4-3)可知,当保持F/D=常数时、压入角9
3.1试验原理建
也就定了,甲相同则压痕就保持几何相似。于是
维氏硬度的试验原理与布氏硬度相同。它也是根
据压痕单位面积所承受的试验力来计算硬度值的。但
“みー…=か=常数(44)所不同的是维氏硬度果用的压头不是球体,而是两相
上式就是根摒压相似原理,用实验结果推导得对面间类角为186的金刚石正四校体。其试验原理
到的F与D的选配原则。
是,在选定的被荷F作用下,压头压入试详表面,经规
2.3布氏度试验方法点
定保持时间后,卸除戴荷,在试祥表面留下一个正四棱
2.3.1載荷与压头种楚在国家标准GB231-84“金
锥形的压痕,测量压痕对角线长度d(一般取d和d2
布氏硬度试验方法中规定了所用的压头材料为两的平均值),用其计算压痕表面积;则氏硬度EV的
种:粹火钢球