回到基础:硬度测试,第1部分

每一种硬度试验都有特定的目的。洛氏试验机适用于零件和薄板的通用测试,布氏试验机适用于较大的零件或原材料的测试。

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n一系列热带座椅制品,我们将讨论各种机械性能测试方法。我们将涵盖硬度测试,拉伸检测和断裂韧性试验。在本文和下个月的文章中,我们将讨论硬度测试。

硬度测试可能是美国在美国进行的最常见的机械测试 - 也许是全球最常见的。术语硬度定义不足并且相对于测量装置。

有三种基本类型的硬度测试:划痕试验,缩进和动态回弹测试。临时测试对矿物学家熟悉,矿物学家使用MOHS规模。MoHS Scale是按顺序排列的10个矿物质的相对硬度。滑石是最柔软的(莫赫1),钻石是最难的(Mohs 10)。大多数硬质金属均落入MoHS 4-8的范围内。沿着规模差异不足,对冶金专家有很多用。在动态测试中,压痕落在材料上,并且硬度被定义为撞击能量。莫赫斯规模通常用于橡胶和聚合物。一个例外是岸刀柄,用于金属。压痕类型的硬度测试是金属最广泛的。

在压头式硬度测试中,压头被压入材料中并释放出来,然后测量压痕的直径或深度。载荷和压痕测量决定硬度。当制造硬度压痕时,在硬度压痕周围有一个塑性区,该塑性区被未扰动的弹性材料所包围。这个弹性区域阻碍了塑性流动。由于塑性区域受到弹性区域的约束,材料在硬度压痕区域的抗压强度高于简单压缩值。这是塑性力学中的一个经典问题,应该可以用滑移线理论[1]来解释。然而,在某些类型的硬度测试中,压痕是不对称的,因此滑移线理论并不适用于[2]。这实际上是一个弹塑性边界问题,最好的解释从赫兹接触应力理论[3]。这个模型解释了压痕器由于弹性底层材料体积的减小(通过压缩)而位移的材料。预测压头周围没有向上流动,与观测结果一致。 This explanation is the basis for all indention hardness tests used for metallic materials.

Brinnell测试

Brinnell测试[4]于1900年由Johan August Brinell首次提出,并已在世界范围内被广泛接受。它主要用于铸件和锻件的未加工表面,以及其他类型的材料。这是通过一个10毫米钢球和3000公斤的负荷压痕表面完成的。对于软金属,通常使用500公斤的负荷,否则压痕太深。对于硬质金属,硬质合金球用于防止压头变形。加载后用低倍显微镜测量圆形压痕的直径。至少进行两次直径测量,并将结果取平均值。为了确保准确的测量,表面必须没有污垢和水垢。用布氏硬度数(BHN)表示的硬度由下列公式确定:

式中F为施加载荷(kg), D为压头直径(10mm), D为压痕测量直径(图1)。

图1.示意图显示了Brinnell硬度测试的基本测量。

布氏硬度也可以通过测量压痕深度t来计算:

由于在布林纳尔测试中产生的印痕尺寸很大,它可以平均任何局部不均匀性。它还排除了对小物体或物体的测试,在这些物体中布氏压痕可能是裂纹的起始部位。因此,它通常用于铸件、锻件或原料。测试布氏硬度的工件的尺寸应至少是压痕深度的10倍。由于印模周围的塑性区和弹性约束,额外的布氏硬度不应该在印模附近测量,而应该是印模直径的四倍。取硬度读数时,距边缘的距离也应至少为压痕直径的四倍。

布氏硬度测试中最大的误差来源,是对印模直径的确定。为了提高可重复性,通常会对表面进行轻砂处理,以去除水垢或其他碎片。

罗克韦尔硬度试验

洛氏硬度计[5]在美国应用非常广泛,因为它速度快,而且操作技术人员不会产生误差。压痕小,可以测试各种各样的零件。

在该试验中,将较小的10kg载入零件以坐在压紧和部分座椅上;然后应用主要负载。30秒后,在数字读出时测量并在旋转拨盘或更新的机器上展出并展出了印象的深度。有些机器配备有打印机端口或USB接口,用于与计算机进行通信。罗克韦尔测试仪中使用的规模基于100个部门,每个分部等于0.00008英寸的深度。刻度是颠倒的,使得小的印象导致高硬度。来自Rockwell测试的数字是任意数字,该任意数字仅在相同的范围内一致。这与Brinnell和Vickers硬度测试不同,这提供了基于每单位面积质量的数字(kg / mm2).

罗克韦尔测试可以使用多个缩进。最常见的是Brage Inderer,这是一个120°钻石锥,用于罗克韦尔C测试。使用的其他压痕是1/16“和1/8”直径钢球。主要负载可从60到150kg变化。如果测量渗碳表面,则由于更深度的印象,硬度读数可能低于预期。

支撑试件的材料也会影响硬度读数。作为一个经验法则,只测试那些至少是印象深度[6]厚度10倍的测试件是明智的。如果硬度压头的压痕显示在被试件的另一侧,则试验明显无效。由于洛氏硬度机上的刻度是任意的,因此有必要确保一台机器记录的硬度与另一台机器相同。这是使用由制造商校准的标准化测试块完成的。一般来说,在整个范围内的三个测试块值足以维持硬度机的校准。

浅表测试仪以相同的方式运行到罗克韦尔硬度测试仪。事实上,它们看起来非常相似。使用两种类型的压头:1/16“直径钢球(用于黄铜表面硬度,铝板等)和N-布莱尔穿透器。这种布莱尔渗透器就像是标准罗克韦尔硬度试验中使用的,除了球形端子成形为较高的公差。用于坐在压紧和样本的小载荷为3千克。使用的主要负载为15,30和45千克。主要负载施加30秒,测量渗透的深度。

表面罗克韦尔试验的尺度与罗克韦尔试验的尺度一样是任意的,只是每一格代表0.001英寸。在深度。比例是相反的,所以更深的印痕意味着更低的硬度值。由于浅层洛克威尔试验所用载荷与洛克威尔试验所用载荷不同,因此载荷与压头定义的尺度不同,如表1所示。

表1:主要洛氏硬度标度的压头、预紧力和主要载荷。最小厚度是根据最低硬度读数确定的。

结论

在本文中,我们讨论了一些不同的硬度测试方法。每一种硬度试验都有特定的目的。罗克韦尔试验机适用于零件和薄板的通用测试,而布氏试验机适用于较大的部件或原材料,在这些部件或原材料上,大的压痕不会影响其功能。

下个月的分期付款将讨论两种剩余的共同硬度测试。在全球范围内广泛使用的维克斯硬度用于大量的测试以及在非常小的负载下微观结构的更精细测量。最后,Knoop硬度测试用于壳体深度或微观结构场的非常精细的硬度测量。

如果您对此有任何疑问或意见或有关进一步的资格的建议,请联系编辑或自己。

参考文献

  1. R. Hill,《塑性的数学理论》,牛津,英国:克拉伦登出版社,1950。
  2. M. C. Shaw和G. J. Desalvo,“一种新的可塑性方法及其应用,钝化二维压头,”J. Eng。IND。,VOL。92,p。469年,1970年。
  3. S. Timoshenko和J. N. Goodier,弹性理论,纽约:McGraw-Hill,1972年。
  4. ASTM International,“ASTM E10-18金属材料的Brinell硬度标准测试方法”,Astm International,West Conshococken,Pa,2018。
  5. ASTM International,“E18-19金属材料的罗克韦尔硬度标准试验方法”,Astm International,West Conshococken,Pa,2019。
  6. G. L. Kehl,金相实验室实践原则,纽约:1949年McGraw-Hill。