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硬度相關(guān)計(jì)算

來源：成都華衡儀器有限公司 2012年11月19日 12:45

硬度相關(guān)計(jì)算

布氏硬度

　　1.測(cè)試用壓頭：直徑為D的鋼球或硬質(zhì)合金球；

　　2.適用范圍：對(duì)金屬來講，只適用于測(cè)定退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。

　　3.優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定；

　　4.缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件或成品件。

　　5、布氏硬度計(jì)HBE-3000外形設(shè)計(jì)上美觀大方，有使用簡(jiǎn)單方便，免計(jì)算查表等特點(diǎn)方便了廣大用戶的使用。布氏硬度試驗(yàn)是所有硬度試驗(yàn)中壓痕zui大的一種試驗(yàn)法，它能反映出材料的綜合性能，不受試樣組織顯微偏析及成分不均勻的影響，所以它是一種度較高的硬度試驗(yàn)法。

　　布氏硬度計(jì)HBE-3000技術(shù)參數(shù)：

　　總試驗(yàn)力（N）：612.5,980,1225

　　布氏硬度試驗(yàn)（N）：1837.5,2450,4900,7350,9800,14700,29400

　　硬度測(cè)量范圍：8-650HBW（硬質(zhì)合金鋼球）

　　顯微鏡放大倍率：20X

　　試件允許zui大高度（mm）：220

　　壓頭中心到機(jī)身距離（mm）：135

　　布氏硬度計(jì)電源電壓：AC220V/50HZ

洛氏硬度

　　1.洛氏硬度的分類及適用范圍：根據(jù)壓頭的材料及壓頭所加的負(fù)荷不同，洛氏硬度可分為：HRA、HRB、HRC。HRA 適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層；HRB 適用于測(cè)量有色金屬和退火、正火鋼等；HRC 適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。

　　2.洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、壓痕小、適用范圍廣；

　　3.洛氏硬度的缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。

　　4、洛氏硬度計(jì)R（D）-150A1是一款手動(dòng)加卸試驗(yàn)力的洛氏硬度計(jì)，適用黑色金屬、有色金屬的洛氏硬度測(cè)定。廣泛適用于工廠車間和計(jì)量部門。

　　洛氏硬度計(jì)R（D）-150A1技術(shù)參數(shù)：

　　初試驗(yàn)力（N）：98

　　總試驗(yàn)力（N）：588,980,1471

　　硬度示值讀數(shù)方式：表式

　　試件允許zui大高度（mm）：170

　　壓頭中心到機(jī)身距離（mm）：140

　　硬度測(cè)試范圍：

　?。?0-88）HRA

　　（20-100）HRB

　?。?0-70）HRC

維氏硬度

　　1.測(cè)試用壓頭：金剛石四方角錐體，所加負(fù)荷較?。?/div>

　　2.維氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)，既可測(cè)量由軟到硬的材料的硬度，又能相互比較。

　　3.維氏硬度計(jì)HVC-1是手動(dòng)型維氏硬度計(jì)，而HVC-5D1型是自動(dòng)轉(zhuǎn)塔硬度計(jì)。本機(jī)采用高倍率光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，目鏡鼓輪一次讀數(shù)?？蓽y(cè)定鋼、有色金屬、IC薄片、薄塑料、金屬薄片、涂層、表面覆層、層壓金屬、熱處理碳化層和淬火硬化層的深度與硬度梯度。

　　維氏硬度計(jì)HVC-1內(nèi)置硬度計(jì)算器，可通過輸入壓痕對(duì)角線長度，直接在LCD屏幕上顯示硬度值。

　　維氏硬度計(jì)HVC-1技術(shù)參數(shù)：

　　顯微硬度標(biāo)尺：HV0.2,HV0.5,HV1.0,HV2.0,HV3.0,HV5.0

　　顯示：保持時(shí)間，硬度值，試驗(yàn)力

　　試驗(yàn)力（kgf）:0.2 - 0.5 - 1.0 - 2.0 - 3.0 - 5.0

　　加載控制：自動(dòng)（加載/保持/卸載）

　　試驗(yàn)力保持時(shí)間（s）:1～99

　　試驗(yàn)力選擇：外置式選力旋鈕，試驗(yàn)力顯示在LCD屏上

　　物鏡：10×，20×

　　目鏡放大倍數(shù)：10×

　　總放大倍數(shù)（μm）:100×，200×

　　測(cè)量范圍（μm）:400

　　分辨率（μm）:0.5

　　測(cè)量范圍：（5-3000）HV

　　XY試臺(tái)尺寸（mm）:100×100

　　行程范圍（mm）:25×25

　　zui小讀數(shù)（mm）:0.01

　　試件zui大高度（mm）：85

　　試件zui大寬度（mm）:120（從壓頭中心線至機(jī)壁距離）

　　輸出：內(nèi)置式微打（選配）、RS232串行接口

　　維氏硬度計(jì)電源電壓：AC220V/50HZ

　　所有的硬度計(jì)都不具備防水功能，請(qǐng)注意！

努氏硬度

　　努氏（Knoop）硬度試驗(yàn)基本原理是將兩長棱夾角為172°30’、短棱夾角為130°的底面為菱形的金剛石四棱錐體壓頭（圖3.2-1），在一定的試驗(yàn)力作用下壓入試樣表面，保持一定的時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕長對(duì)角線的長度，如圖3.2-2所示，以試驗(yàn)力除以壓痕投影面積所得的商表示努氏硬度值。

換算公式

　　1.洛式硬度（HRC）= 勃式硬度（BHN）/10-3

　　硬度測(cè)定范圍：

　　HS<100

　　HB<500

　　HRC<70

　　HV<1300

　　硬度是衡量材料軟硬程度的一個(gè)性能指標(biāo)。是反映材料的彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性等的一種綜合性能指標(biāo)。

　　實(shí)踐證明：硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。

　　布氏硬度HB ：

　　布式硬度上限值HB650，不能高于此值。

　　布氏硬度計(jì)之壓頭為淬硬鋼球HBS或硬質(zhì)合金球HBW，試驗(yàn)載荷隨球直徑不同而不同，從3000到31.25公斤力。

　　布式硬度壓痕較大，測(cè)量值準(zhǔn)，不適用成品和薄片，一般不歸于無損檢測(cè)一類。

　　布式硬度值有單位，且和抗拉強(qiáng)度有一定的近似關(guān)系。

　　布式硬度需要用顯微鏡測(cè)量壓痕直徑，然后查表或計(jì)算。

　　洛氏硬度HRA，HRB，HRC：

　　HRB，HRC、.洛氏硬度計(jì)C標(biāo)尺之壓頭為頂角120度的金剛石圓錐，試驗(yàn)載荷為一確定值，中標(biāo)準(zhǔn)是150公斤力。

　　洛式硬度壓痕很小，測(cè)量值有局部性，須測(cè)數(shù)點(diǎn)求平均值，適用成品和薄片，歸于無損檢測(cè)一類。

　　洛式硬度值是“無名數(shù)”，沒有單位。因此習(xí)慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。

　　維氏硬度HV：

　　橡膠塑料邵氏硬度HA,HD等硬度其值表示材料表面抵抗堅(jiān)硬物體壓入的能力。

　　里氏硬度Hl、肖氏硬度HS則屬于回跳法硬度試驗(yàn)，其值代表金屬彈性變形功的大小，而是反映材料的彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性等的一種綜合性能指標(biāo)。

　　1.HRC含意是洛式硬度C標(biāo)尺，

　　3.HRC適用范圍HRC 20--67，相當(dāng)于HB225--650

　　若硬度高于此范圍則用洛式硬度A標(biāo)尺HRA。

　　若硬度低于此范圍則用洛式硬度B標(biāo)尺HRB。

　　在熱處理行業(yè)中里氏硬度計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

　　熱處理是提高和保證機(jī)械產(chǎn)量及可靠性、提高制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要基礎(chǔ)之一，其行業(yè)水平的高低對(duì)制造業(yè)發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，中的熱處理行業(yè)除了少數(shù)廠家外，總體水平遠(yuǎn)不能適應(yīng)加入WTO后熱處理行業(yè)面臨的更激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。在這其中，中的熱處理檢測(cè)設(shè)備更為落后。嚴(yán)重的限制和阻礙了工藝技術(shù)的發(fā)展和造成產(chǎn)量的不穩(wěn)定，更重要的是不能有效的防止產(chǎn)品出現(xiàn)不必要的質(zhì)量事故。下面我就機(jī)械零件、工模具熱處理后zui常用的硬度測(cè)試來舉例。

　　硬度是衡量金屬材料軟硬的一個(gè)指標(biāo)，硬度值實(shí)際上不是一個(gè)單位的物理量，它是表征著材料的彈性、塑性、形變、強(qiáng)化率、強(qiáng)度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指標(biāo)，一般可以認(rèn)為硬度是指金屬表面上不大體積內(nèi)抵抗變形破裂的能力。采用便攜式里氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度檢測(cè)的實(shí)用價(jià)值在于不必破壞工件并可成批檢驗(yàn)零件，已成為產(chǎn)量檢查、制定合理工藝和分析產(chǎn)量的重要實(shí)驗(yàn)方法之一。

　　根據(jù)對(duì)里氏硬度計(jì)的使用狀況與使用方式，里氏硬度計(jì)是壓入和回跳硬度值組合的一種測(cè)試方式，從結(jié)構(gòu)上有它*而又廣泛的實(shí)用性，尤其是測(cè)試大中型尺寸而且形狀復(fù)雜的工件及工模具的硬度值與失效分析，具有其他類型硬度計(jì)不可替代的優(yōu)勢(shì)。

　　結(jié)構(gòu)件及模具檢測(cè)實(shí)際使用情況

　　一、用里氏硬度計(jì)測(cè)試硬度來分析、驗(yàn)證大型齒軸、內(nèi)齒圈預(yù)處理工藝及滲碳淬火工藝的方法：

　　1、預(yù)處理工藝后測(cè)試

　　這道工藝操作后的質(zhì)量直接影響滲碳工藝操作后齒軸、內(nèi)齒圈滲碳層硬度分布的均勻性、齒部的變形量。更重要的是芯部的強(qiáng)度（未滲層）。當(dāng)用里氏硬度計(jì)測(cè)試齒軸的齒部及柄部、內(nèi)齒圈的外圓內(nèi)徑及端面，如果發(fā)現(xiàn)測(cè)試的同一區(qū)域硬度zui高和zui低的相差較大，在審查儀表爐溫、裝爐方式、工藝?yán)鋮s方式都正常的前提條件下，就可根據(jù)硬度值高低差值及分布的狀況，推斷出工件內(nèi)組織存在著偏析或帶狀組織。如金相圖片顯示的帶狀偏析

　　因?yàn)橛糜捕确y(cè)試的實(shí)況是測(cè)試點(diǎn)在黑色的珠光體帶硬度偏高，在白色鐵素體帶硬度偏低。這種組織缺陷在隨后的滲碳淬火工藝操作中是不可能消除，而是被保留下來。一旦大型齒軸、內(nèi)齒圈存在這種組織缺陷，在裝機(jī)使用時(shí)不僅會(huì)造成使用壽命短的問題，而且常造成重大設(shè)備事故。當(dāng)我們通過測(cè)試硬度法可推斷出鍛件中有這種帶狀偏析后，立即采用固溶處理工藝操作或其他消除帶狀偏析的工藝即可消除缺陷，從而防止設(shè)備事故的發(fā)生、減少損失。

　　2、滲碳工藝后測(cè)試

　　這道工藝氏齒軸與內(nèi)齒圈的zui終熱處理工藝，通常檢驗(yàn)人員只對(duì)試樣測(cè)試HRC硬度，

　　然后再切開試樣做金相分析：滲層馬氏體級(jí)別、碳化物級(jí)別、形態(tài)分布、殘余奧氏體量形態(tài)、心部馬氏體級(jí)別，再用顯微硬度計(jì)測(cè)試滲層從表層至HV550硬度為深層深度以上操作作為終檢。但從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生齒軸早期失效斷軸，齒部嚴(yán)重磨損的事故分析中發(fā)現(xiàn)，實(shí)物的硬度低于試樣的硬度，尤其常常出現(xiàn)在深層滲碳時(shí)，原因是實(shí)物齒軸、內(nèi)齒圈與試樣不是同塊料上截取下來的，也不是同一爐所做的預(yù)處理。這樣在實(shí)物與試樣滲前原始組織不同，滲后的組織與硬度有一定差異，更主要的是在整個(gè)滲碳工藝操作中，由于工件的擺放及滲碳表面積巨大的差異（化學(xué)熱處理吸收過程的相界面反應(yīng)及主要因素中有一條滲入介質(zhì)各組分的濃度與工件表面狀態(tài)、表面形狀、表面積大小及表面能量對(duì)化學(xué)熱處理過程有其重要的影響）把里氏硬度計(jì)測(cè)試出的硬度與試樣上洛氏硬度計(jì)及顯微硬度計(jì)測(cè)試出的硬度相比較、加之對(duì)試樣滲層的金相組織分析結(jié)合起來，就可較快而準(zhǔn)確的找出產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因。加之作必要的工藝調(diào)整，可在工件組裝前就把事故隱患消除。

　　二、用里氏硬度計(jì)測(cè)試硬度來分析、驗(yàn)證中大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)模具工藝，

　　這是一支用馬氏體不銹鋼所制作的飼料模具，主要用于生產(chǎn)飼料。模具上有10000～27000個(gè)孔，每小時(shí)有10噸的混合飼料粉狀物從?？讌^(qū)擠出成為顆粒狀。所以環(huán)模質(zhì)量與使用壽命的關(guān)鍵控制點(diǎn)是環(huán)模上模孔區(qū)的硬度與滲層。以下是?？啄p的實(shí)物圖片：

　　由于模具尺寸大，而且?？追植荚谕鈭A上，測(cè)試點(diǎn)是個(gè)曲面，孔與孔之間的間距一般有3～4mm，在這種條件下正好發(fā)揮了里氏硬度計(jì)的多樣適用性與小巧攜帶方便的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確的測(cè)試出?？滋帉?shí)際硬度。根據(jù)實(shí)測(cè)的硬度以及對(duì)試塊所作的金相分析，可更合理的修正和制定工藝，充分發(fā)揮材料潛力，提高使用壽命。如環(huán)模一小時(shí)出10噸飼料，當(dāng)延長10小時(shí)使用壽命就可出100噸飼料，會(huì)給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　三、工模具失效分析中里氏硬度計(jì)的作用

　　材質(zhì)5CrMnMo大型熱鍛模具在使用中常因?yàn)樾颓辉缙谀p、塌陷而失效。

　　當(dāng)用里氏硬度計(jì)對(duì)磨損區(qū)測(cè)試硬度時(shí)發(fā)現(xiàn)磨削的硬度值低于未使用前測(cè)試的硬度（38～42HRC）在32～34HRC范圍。這就說明在紅熱的毛坯（>10000C）對(duì)型腔加熱的第二階段（毛坯在型腔加熱大體可分為四個(gè)階段），受熱量大約在80%～85%時(shí)，因模腔壁厚散熱慢，某些點(diǎn)區(qū)溫度高達(dá)6500C以上。當(dāng)模具型腔因傳導(dǎo)受熱后溫度超過模具回火溫度，模具在工作過程中是處在繼續(xù)回火過程階段，將繼續(xù)發(fā)生組織與性能的變化，就造成了磨損區(qū)硬度值的降低而發(fā)生熱磨損，就表明5CrMnMo這種熱作模具鋼不適宜做大型模具。當(dāng)選用600～6500C溫區(qū)內(nèi)服役的熱作模具如3Cr2W8V，3Cr3Mo3VNb這類熱穩(wěn)定性、熱強(qiáng)性、屈服強(qiáng)度的熱作模具鋼比采用5CrMnMo更適宜。

　　在中這個(gè)工業(yè)化進(jìn)程還遠(yuǎn)沒有完成的情況下，迫切需要努力縮短與制造水平的差距，作為企業(yè)必須從戰(zhàn)略高度上來認(rèn)識(shí)到熱處理行業(yè)，不僅從設(shè)備、工藝，尤其是檢測(cè)設(shè)備急需要不斷吸取內(nèi)外新技術(shù)，更要看在熱處理企業(yè)中實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的情況。這才是一個(gè)非常明智的舉措，因?yàn)樵诩尤隬TO后按世貿(mào)規(guī)則有五年過渡期，對(duì)中制造業(yè)而言，這是一個(gè)非常關(guān)鍵的時(shí)期，之所以說是關(guān)鍵是因?yàn)檫^渡期后中制造業(yè)企業(yè)基本上將處于外大公司同等競(jìng)爭(zhēng)地位，而且在這過渡期中，我們尚可充分準(zhǔn)備提升競(jìng)爭(zhēng)力，所以這是對(duì)企業(yè)非常緊迫的要求。

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