旋壓封頭母材的硬度檢驗工藝詳解

　　旋壓封頭硬度試驗指標與沖擊韌性指標一樣，并不能直接用于材料的強度計算，而是用來反映材料在加工過程中的組織變化、熱處理效果、加工或焊接殘余應力的存在程度等 性的定性判斷指標。一般來說，金相組織中的馬氏體硬度高于珠光體，珠光體的硬度高于鐵素體，鐵素體的硬度高于奧氏體。材料進行不同的熱處理，得到的組織也不一樣，故熱處理對材料硬度的影響實際上是反映材料的金相組織和金相結構對硬度的影響。對于奧氏體不銹中的奧氏體，因為它有大量的合金元素存在，故其硬度要高于鐵素體;化學成分中，碳對材料硬度的影響 直接。材料中的碳含量越大，其硬度越高。除碳含量以外，大多數(shù)合金元素都會使材料的硬度升高;加工殘余應力與焊接殘應力的存在對材料的硬度也將產(chǎn)生影響，加工殘余應力與焊接殘余應力值越大，硬度越高。

　　實驗表明，旋壓封頭材料的硬度與其強度存在著一定的比例關系。對黑色金屬材料來說，其抗拉強度近似等于三分之一的布氏硬度值。

　　正因為影響材料硬度的因素較多，故工程上在很多場合下常通過檢驗硬度來定性了解材料的化學成分、組織狀態(tài)、熱處理效果及加工或焊接殘余應力存在的程度等。又因為它操作簡便，成本較低，又屬于非破壞性試驗(即可直接在成品上進行試驗)，因此在旋壓封頭材料加工過程和現(xiàn)場施工檢驗中得到了 的應用。

　　目前，已出現(xiàn)的硬度試驗方法有很多，但工程上常用的試驗方法有布氏硬度試驗法、洛氏硬度試驗法和維氏硬度試驗法三種。GB230、GB231和GB4340標準分別給出了洛氏硬度、布氏硬度和維氏硬度的試驗方法及要求。

　　1、布氏硬度試驗法

　　該方法因 早由Brinell提出而得名。它主要是利用旋壓封頭，通過定量加載使其壓入試樣表面，然后計算壓痕表面積，并通計算單位壓痕表面積上所受載荷大小來確定其硬度值。其硬度值用“HB”后面加硬度數(shù)值來表示。

　　不同的壓頭材料和直徑，不同的加載力，不同的加載時間，測得的硬度值是不同的。為了便于比較，對黑色材料(主要指碳鋼和合金鋼)來說，一般規(guī)定采用直徑為10mm的鋼球作為壓頭，加載力取30000N，加載時間取10秒作為試驗條件。

　　布氏硬度試驗一般是在硬度試驗機上進行的。旋壓封頭測得壓痕直徑后查相應的數(shù)據(jù)表即可得到布氏硬度值。工程上有時也用錘擊式簡易布氏硬度計來測量硬度值，這種方法得到的數(shù)據(jù)有一定的誤差。

　　布氏硬度試驗法的優(yōu)點是：測出的硬度值準確 ，且因為壓痕面積大，能消除因組織不均勻而帶來的測量誤差。但它不能用于較硬(HB>450)材料的硬度測量，因為此時會因鋼球壓頭的自身變形而造成較大的測量誤差。由于壓痕大，它也不宜用來測量成品和較薄件，以免損壞產(chǎn)品。該法不能從測試儀器上直接讀出硬度值，尚須在試驗完成后查表才能得到，故檢驗速度較慢。

　　旋壓封頭布氏硬度試驗法是目前應用 多的一種方法。

　　2、洛氏硬度試驗法

　　該方法因 早由Rockwell提出而得名。它主要是利用較硬的錐形材料或小直徑的淬火鋼球作為壓頭，通過定量加載使其壓入試樣表面，然后計量壓痕深度，并經(jīng)過適當?shù)臄?shù)據(jù)處理來確定其硬度值的大小。根據(jù)采用的壓頭材料和加載力的大小不同，其旋壓封頭硬度值的表示方法分為三種：HRA**、HRB**和HRC**，“**”為對應的硬度數(shù)值。

　　常用的洛氏硬度試驗條件和應用范圍見表9-3所示。

　　表9-3 常用洛氏硬度試驗條件和應用范圍

　　標R

　　符號壓頭材料予載荷

　　(N)總載荷

　　(N)加載時間(S)測量范圍應用范圍

　　HRA頂角為120°的金剛園錐10060010>70硬質(zhì)合金，表面淬火鋼

　　HRB1/16”鋼球10010001025~100退火鋼，銅合金，鋁合金

　　旋壓封頭母材HRC頂角為120°的金剛園錐10015001020~67淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、可鍛鑄鐵、鈦合金洛氏硬度試驗一般是在試驗機上進行，并從試驗機的表盤上能直接讀取硬度值的大小。

　　洛氏硬度試驗法與布氏硬度試驗法相比，有以下優(yōu)缺點：它的硬度值可以從試驗機表盤上直接讀出，故試驗方便快捷。其壓頭有軟、硬多種材料，故測量范圍寬。由于壓頭尺寸小，產(chǎn)生的壓痕也較小，一般情況下對工件不造成損傷，可直接用于成品件的檢測。缺點是不同壓頭材料測得的硬度無法比較，而且當材料的組織不均勻時，由于它的壓痕小會導致測得的數(shù)值起伏變化大，缺乏代表性。

　　洛氏硬度試驗法也是工程上常用的一種方法。

　　3、維氏硬度試驗法

　　該方法因 早由Vickers提出而得名。它是利用角度為136°的金剛石四方錐體作為壓頭，旋壓封頭通過加載使其壓入試樣表面，然后計量壓痕對角線長度，并通過計算單位壓痕面積上所受載荷大小來確定其硬度值。其硬度值用“HV”后面跟硬度數(shù)值來表示。

　　由于維氏硬度試驗中采用了固定角度的壓頭，其壓力角是恒定的。當施加載荷變化時，其壓痕的幾何形狀相似且符合比例關系，故無論采用什么載荷值，其測得的硬度相同，但相關的標準中還是給出了系列荷載以簡化換算關系。試驗時間對黑色金屬來說一般為10秒~15秒，對有色金屬一般為25秒左右。

　　不難看出，維氏硬度試驗法吸取了布氏硬度和洛氏硬度試驗法的優(yōu)點，即旋壓封頭它采用了較硬的壓頭，既可測量較硬材料的硬度，又可測量較軟材料的硬度。對于不同硬度的材料，它克服了洛氏硬度試驗中須 換壓頭材料從而造成測到的結果無法比較的缺點。但是維氏硬度試驗法也不能直接從試驗機上讀出硬度值，需要查表計算，故測量效率較低。

　　旋壓封頭由于維氏硬度試驗法所具有的優(yōu)點，它常用在相應的研究試驗室中。

　　為了便于設計人員查對，本章旋壓封頭附錄F9-2中給出了部分布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度的對照表。