如何檢測(cè)金屬硬度-第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)-鑠思百檢測(cè)

如何檢測(cè)金屬硬度

　　金屬硬度檢測(cè)主要有兩類試驗(yàn)方法。

　　一類是靜態(tài)試驗(yàn)方法，這類方法試驗(yàn)力的施加是緩慢而無(wú)沖擊的。硬度的測(cè)定主要決定于壓痕的深度、壓痕投影面積或壓痕凹印面積的大小。靜態(tài)試驗(yàn)方法包括布氏、洛氏、維氏、努氏、韋氏、巴氏等。其中布、洛、維三種試驗(yàn)方法是應(yīng)用最廣的，它們是金屬硬度檢測(cè)的主要試驗(yàn)方法。這里的洛氏硬度試驗(yàn)又是應(yīng)用最多的，它被廣泛用于產(chǎn)品的檢驗(yàn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前應(yīng)用中的硬度計(jì)70%是洛氏硬度計(jì)。

　　另一類試驗(yàn)方法是動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法，這類方法試驗(yàn)力的施加是動(dòng)態(tài)的和沖擊性的。這里包括肖氏和里氏硬度試驗(yàn)法。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法主要用于大型的，不可移動(dòng)工件的硬度檢測(cè)。

一、首先介紹一下幾種常見(jiàn)的硬度單位，它們是根據(jù)不同的測(cè)量方法來(lái)定義硬度的。

1、 洛氏硬度：是通過(guò)對(duì)壓頭施加一定的力，用壓痕的深度來(lái)定義硬度的，單位HR，每0.002mm為一個(gè)洛氏單位。其中又根據(jù)壓頭的形狀和施加的力的大小分為HRA，HRB，HRC……，HRA和HRC都是用金剛石圓錐作壓頭，分別施加588N、1470N總實(shí)驗(yàn)力而測(cè)量的；HRB是用鋼球作壓頭，施加980N的總實(shí)驗(yàn)力而得出的。

2、 布氏硬度：是通過(guò)對(duì)球形壓頭施加一定的力，用工件表面壓痕的面積來(lái)定義硬度的，單位為HB。120HBS10/1000/30

3、 維氏硬度：它是用一定的試驗(yàn)力F，將頂角為136度的金剛石四棱錐壓入金屬表面，保持一定時(shí)間后撤去實(shí)驗(yàn)力，通過(guò)測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度并求其面積得出。640HV30/20

4、 肖氏硬度:它是通過(guò)沖擊體以一定的速度沖擊被測(cè)物體,通過(guò)測(cè)量反彈的高度來(lái)表征物體的硬度的。

5、 邵氏硬度:主要用于塑料、合成橡膠及其他化工產(chǎn)品。

二、里氏硬度的概念以及發(fā)展。

里氏硬度測(cè)試技術(shù)是國(guó)際上繼布、洛、維、肖氏硬度之后新發(fā)展的一種技術(shù)，依據(jù)里氏硬度理論制造的里氏硬度儀改變了傳統(tǒng)的硬度測(cè)試方法。由于硬度傳感器小，可以手握傳感器在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)工件進(jìn)行各種方向的硬度檢測(cè)，因此是其它臺(tái)式硬度儀所難以勝任的。自里氏硬度儀誕生以來(lái)，在國(guó)際上的普及程度越來(lái)越廣。

里氏硬度的概念是由瑞士Dr.Dietmar Leeb博士提出來(lái)的，它是一種動(dòng)態(tài)硬度試驗(yàn)法。硬度傳感器的沖擊體在與被測(cè)工件沖擊過(guò)程中，距工件表面1mm時(shí)的反彈速度與沖擊速度的比值乘以1000，定義為里氏硬度值，以HL表示里氏硬度計(jì)算公式如下：

HL=Vb/Va×1000

Vb:表示反彈速度

Va:表示沖擊速度

三、里氏硬度儀的特點(diǎn)

1、肖氏及里氏硬度均屬動(dòng)載測(cè)試法，但肖氏考察的是沖擊體反彈的垂直高度，因此決定了肖氏硬度儀要垂直向下使用，這勢(shì)必在實(shí)際使用中造成很大的局限性；而里氏就不同了，里氏考察的是沖擊體反彈與沖擊的速度，通過(guò)速度修正，可在任意方向上使用，極大地方便了使用者。

2、通常使用的布、洛、維氏硬度計(jì)．由于體積龐大，不便于在現(xiàn)場(chǎng)使用，特別是需測(cè)試大、重型工件時(shí)。由于硬度計(jì)工作臺(tái)無(wú)法容納，所以根本無(wú)法檢測(cè)。而里氏硬度儀無(wú)需工作臺(tái)，其硬度傳感器小如一只筆，可用手直接操作，無(wú)論是大、重型工件還是幾何尺寸復(fù)雜的工件都能容易地檢測(cè)。

四、里氏硬度的相關(guān)因素

里氏硬度試驗(yàn)法既然是動(dòng)載測(cè)試法，那么里氏硬度值必然與金屬材料的彈性模量E有關(guān)．而材料的不同所對(duì)應(yīng)的彈性模量也不同所以里氏硬度

儀是按材料種類進(jìn)行分類測(cè)試的。

五、里氏硬度與其它硬度的轉(zhuǎn)換

里氏硬度值與其它硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系．因此可將里氏值(HL)轉(zhuǎn)換成其它硬度值．里氏硬度儀可通過(guò)機(jī)內(nèi)微電腦進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

六、里氏硬度與其它硬度的分類對(duì)比及檢測(cè)要求

從微觀形變上分類，布、洛、維氏硬度考察的是材料的塑性形變，表現(xiàn)為壓痕的大小或深度；里、肖氏硬度考察的是材料的彈性形變，表現(xiàn)為反彈速度的大小或高度。

七、里氏硬度儀對(duì)測(cè)量的要求

1、 試樣表面的要求

測(cè)試面應(yīng)有金屬光澤，不應(yīng)有氧化皮及其它污物，表面粗糙度應(yīng)符合如下要求：

沖擊裝置類型 試件表面粗糙度(um)

D、DC型 ≤1.6

G型 ≤6.3

C型 ≤0.4

2、 試樣重量要求

試樣必須有足夠的質(zhì)量及剛性以保證在重建過(guò)程中不產(chǎn)生位移或彈動(dòng)，質(zhì)量應(yīng)符

合如下要求： 沖擊裝置類型 試樣質(zhì)量(Kg)

穩(wěn)定放置 固定或夾持 需耦合

D、DC型 >5 2～5 0.05～2

G型 >15 5～15 0.5～5

C型 >1.5 0.5～1.5 0.02～0.5

3、 試樣厚度要求

試樣應(yīng)有足夠的厚度，最小厚度應(yīng)符合如下要求： 沖擊裝置類型 試樣最小厚度(mm)

D、DC型 ≥5

G型≥10

C型 ≥1

4、 試樣具有表面硬化層，其硬化層深度應(yīng)符合如下要求： 沖擊裝置類型 表面硬化層深度

D、DC型 ≥0.8

C型 ≥0.2

5、 對(duì)于凹、凸、圓柱面及球面試樣，其表面曲率半徑應(yīng)符合如下要求： 沖擊裝置類型 表面曲率半徑(mm)

D、DC型 ≥30

C型 ≥50

對(duì)于表面為曲面的試樣，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)闹苇h(huán)，以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在0.5mm之內(nèi)。

6、 試樣不應(yīng)帶有磁性。

7、 每個(gè)測(cè)量點(diǎn)間距應(yīng)大于3～4mm，不可在同一點(diǎn)上重復(fù)測(cè)試，否則會(huì)引起較大的誤差。同時(shí) 會(huì)減短傳感器的使用壽命。

八、影響測(cè)試精度的幾個(gè)問(wèn)題

由于里氏硬度儀是在動(dòng)態(tài)力作用下測(cè)定金屬硬度的，所以影響測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多，故應(yīng)對(duì)這些因素如以一定的限制，主要包括: 試驗(yàn)條件、試驗(yàn)對(duì)象、操作技術(shù)和數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)關(guān)健環(huán)節(jié)，下面將就一些具體問(wèn)題探討一下：

1、 試件曲率對(duì)精度的影響，

在現(xiàn)場(chǎng)工作中，經(jīng)常遇到曲面的試件，各種曲面對(duì)硬度測(cè)試結(jié)果的影響不同，在正確操作的情況下，沖擊體落在試件表面瞬間的位置與平面試件相同，故通用支撐環(huán)即可。但當(dāng)曲率小到一定尺寸時(shí)，由于平面條件的變形和彈性狀態(tài)相差顯著，會(huì)使沖頭回彈速度偏低，從而使里氏硬度示值偏低。

2、數(shù)據(jù)換算產(chǎn)生的誤差

里氏硬度換算為其他硬度時(shí)的誤差包括兩個(gè)方面，一方面是里氏硬度本身測(cè)量誤差，里氏硬度換算為其他硬度時(shí)的誤差包括兩個(gè)方面，一方

面是里氏硬度本身測(cè)量誤差，這涉及到 按同一方法重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的分散和對(duì)于多臺(tái)同型號(hào)里氏硬度計(jì)的誤差。另一方面是比較不同硬度試驗(yàn)方法所測(cè)硬度產(chǎn)生的誤差，這是由于各種硬度方法之間不存在明確的物理關(guān)系，并受到相互比較中測(cè)量不可靠性影響的原因。

本儀器的硬度換算是自動(dòng)完成的，故可用布氏、洛氏、維氏、肖氏硬度標(biāo)準(zhǔn)塊直接確定硬度儀的換算誤差。

3、特殊材料引起為誤差

存儲(chǔ)在硬度儀中的換算表對(duì)以下鋼種可能產(chǎn)生偏差：

高合金鋼

◆所有奧氏體鋼

◆在高速鋼中，耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼(工具鋼類)硬質(zhì)材料(萊氏體碳化物，例如M7C3和M6C會(huì)引起彈性模量增加，從而使HL值偏低。這類鋼應(yīng)在橫截面上進(jìn)行測(cè)試。

◆局部冷卻硬化，例如由于切割或不適當(dāng)?shù)脑嚇又苽湟矔?huì)引起HL值偏高。

磁性鋼

◆在檢驗(yàn)磁性材料硬度時(shí)，由于磁場(chǎng)影響，會(huì)使HL值偏低，如磁場(chǎng)較強(qiáng)，建議不用此種測(cè)試方法。

表面硬化鋼

◆表面產(chǎn)生硬化的材料，尤其是經(jīng)表面處理的鋼，由于基體軟，會(huì)使HL值偏低，當(dāng)硬化層大于0.8mm時(shí)(C型沖擊裝置為0.2mm)，則不影響HL值。

對(duì)于特殊材料可用以下方法，自己建立對(duì)比關(guān)系。

◆試驗(yàn)面必須仔細(xì)制備

◆如不進(jìn)行耦合，選擇的試樣尺寸盡可能大

◆試樣硬度在硬度儀換算范圍內(nèi)

◆用相應(yīng)測(cè)量范圍的硬度塊檢查靜態(tài)硬度計(jì)準(zhǔn)確性。

◆在試樣上用靜態(tài)硬度計(jì)測(cè)三個(gè)點(diǎn)，并在壓痕周圍用里氏變度儀測(cè)五個(gè)值，取其平均值。比較兩種方法測(cè)出的硬度值即可得出誤差范圍。也可用一組不同硬度試樣用上述方法繪出換算曲線。

4、齒輪檢測(cè)的誤差

一般情況下，里氏硬度儀對(duì)于模數(shù)大于7的齒輪齒面的檢測(cè)是可以保證精確度的，但齒輪模數(shù)小于7時(shí)，由于齒面較小；測(cè)試誤差相對(duì)較大，對(duì)此，用戶可根據(jù)情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝，將有利于減小誤差。

5、材料彈性、塑性的影響

里氏值除與硬度、強(qiáng)度相關(guān)外，更與彈性模量有關(guān)，硬度值是材料硬度和塑性的特征參數(shù)，因?yàn)閮烧叩某煞直厝皇枪餐瑴y(cè)定的。

在彈性部分，首先明顯受E模量影響，在這方面當(dāng)材料的靜態(tài)硬度相同，而E值大小不同時(shí)。E值低的材料，HL值較大。

根據(jù)材料的彈性模量。合金類型及熱處理狀態(tài)可以對(duì)各種材料分類。

6、熱軋方向造成構(gòu)誤差

當(dāng)被測(cè)工件系熱軋工藝成型時(shí)，如果測(cè)試方向與軋制方向一致，會(huì)因彈性模量"E"偏大而造成測(cè)試值偏低，故測(cè)試方向應(yīng)垂直于熱軋方向。例如：測(cè)圓柱件截面硬度時(shí)，應(yīng)在徑向測(cè)試為好(一般圓柱件熱軋方向?yàn)檩S向)。

7、其它因素的影響

對(duì)管件測(cè)試時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

◆管件注意穩(wěn)固支撐

◆測(cè)試點(diǎn)應(yīng)靠近支撐點(diǎn)且與支撐力平行

◆管壁較薄時(shí)在管內(nèi)放入適當(dāng)芯子

在熱處理過(guò)程中，有時(shí)會(huì)造成金屬材質(zhì)發(fā)生改變（如20Cr鋼經(jīng)滲碳-淬火后由合金結(jié)構(gòu)鋼變成低合金工具鋼），在此情況下，應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)慕饘俨牧稀?/span>

工件本身的硬度離散性也造成試值誤差，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析硬度分布，合理解釋試值誤差。操作方法、試樣制備、探頭配置如不正確，也會(huì)造成誤差。

總之：所有硬度機(jī)都不是萬(wàn)能的、不是能夠解決所有問(wèn)題、完美無(wú)瑕的！而便攜式里氏硬度計(jì)，測(cè)值簡(jiǎn)易、痕跡小、硬度值測(cè)量廣泛、攜帶方便，不受空間、方位等限制，是臺(tái)式硬度機(jī)的有益補(bǔ)充和擴(kuò)展！在模具，軋輥、容器制造、鍛壓等行業(yè)大有蔓延的趨勢(shì)，不可忽視其流行的作用！

金屬材料的硬度檢測(cè)有洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度等檢測(cè)方法。

對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有：

GB/ T230. 1 —2004 金屬洛氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法

GB/ T231. 1 —2002 金屬布氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法

GB/T4340. 1 —1999 金屬維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法

GB-1818-94 金屬表面洛氏硬度試驗(yàn)方法

GB/T 17394-1998 金屬里氏硬度試驗(yàn)方法

GB/T 18449.1-2009 金屬材料努氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法

GB/T 4341-2001　金屬肖氏硬度試驗(yàn)方法

GB/T 4342-1991 金屬顯微維氏硬度試驗(yàn)方法

金屬硬度檢測(cè)是評(píng)價(jià)金屬力學(xué)性能最迅速、最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)單的一種試驗(yàn)方法。硬度檢測(cè)的主要目的就是測(cè)定材料的適用性，或材料為使用目的所進(jìn)行的特殊硬化或軟化處理的效果。

金屬材料檢測(cè)方法：

金屬材料檢測(cè)項(xiàng)目

如何檢測(cè)金屬硬度

金屬化學(xué)成分檢測(cè)

金屬材料檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)匯總

金屬材料金相分析方法

金屬材料切片分析?

以上是關(guān)于金屬材料?測(cè)試的相關(guān)介紹，更多測(cè)試需求聯(lián)系鑠思百檢測(cè)工程師。