壓力管道硬度檢驗(yàn)方法及要求

　　人孔等管道設(shè)備的硬度試驗(yàn)指標(biāo)與沖擊韌性指標(biāo)一樣，并不能直接用于材料的強(qiáng)度計(jì)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(yīng)力的存在程度等 性的定性判斷指標(biāo)。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(jìn)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(shí)際上是反映材料的金相組織和金相結(jié)構(gòu)對硬度的影響。對于奧氏體不銹中的奧氏體，因?yàn)樗写罅康暮辖鹪卮嬖?，故人孔等管道設(shè)備的硬度要高于鐵素體;化學(xué)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(huì)使材料的硬度升高;加工殘余應(yīng)力與焊接殘應(yīng)力的存在對材料的硬度也將產(chǎn)生影響，加工殘余應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力值越大，硬度越高。

　　實(shí)驗(yàn)表明，人孔等管道設(shè)備材料的硬度與其強(qiáng)度存在著一定的比例關(guān)系。對黑色金屬材料來說，其抗拉強(qiáng)度近似等于三分之一的布氏硬度值。

　　正因?yàn)橛绊懖牧嫌捕鹊囊蛩剌^多，故工程上在很多場合下常通過檢驗(yàn)硬度來定性了解材料的化學(xué)成分、組織狀態(tài)、熱處理效果及加工或焊接殘余應(yīng)力存在的程度等。又因?yàn)樗僮骱啽?，成本較低，又屬于非破壞性試驗(yàn)(即可直接在成品上進(jìn)行試驗(yàn))，因此在材料加工過程和現(xiàn)場施工檢驗(yàn)中得到了 的應(yīng)用。

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

　　1、布氏硬度試驗(yàn)法

　　該方法因 早由Brinell提出而得名。它主要是利用鋼球壓頭，通過定量加載使其壓入試樣表面，然后計(jì)算壓痕表面積，人孔等管道設(shè)備并通計(jì)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(shí)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，人孔等管道設(shè)備的一般規(guī)定采用直徑為10mm的鋼球作為壓頭，加載力取30000N，加載時(shí)間取10秒作為試驗(yàn)條件。

　　布氏硬度試驗(yàn)一般是在硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。測得壓痕直徑后查相應(yīng)的數(shù)據(jù)表即可得到布氏硬度值。工程上有時(shí)也用錘擊式簡易布氏硬度計(jì)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(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是：測出的硬度值準(zhǔn)確 ，且因?yàn)閴汉勖娣e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?yàn)榇藭r(shí)會(huì)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。人孔等管道設(shè)備的該法不能從測試儀器上直接讀出硬度值，尚須在試驗(yàn)完成后查表才能得到，故檢驗(yàn)速度較慢。

　　布氏硬度試驗(yàn)法是目前應(yīng)用 多的一種方法。

　　2、洛氏硬度試驗(yàn)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(jì)量壓痕深度，并經(jīng)過適當(dāng)?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，人孔等管道設(shè)備其硬度值的表示方法分為三種：HRA**、HRB**和HRC**，“**”為對應(yīng)的硬度數(shù)值。

　　常用的洛氏硬度試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍見表9-3所示。

　　洛氏硬度試驗(yàn)一般是在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，并從試驗(yàn)機(jī)的表盤上能直接讀取硬度值的大小。

　　洛氏硬度試驗(yàn)法與布氏硬度試驗(yàn)法相比，有以下優(yōu)缺點(diǎn)：它的硬度值可以從試驗(yàn)機(jī)表盤上直接讀出，故試驗(yàn)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，可直接用于人孔等管道設(shè)備的檢測。缺點(diǎn)是不同壓頭材料測得的硬度無法比較，而且當(dāng)材料的組織不均勻時(shí)，由于它的壓痕小會(huì)導(dǎo)致測得的數(shù)值起伏變化大，缺乏代表性。

　　洛氏硬度試驗(yàn)法也是工程上常用的一種方法。

　　3、維氏硬度試驗(yàn)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，通過加載使其壓入試樣表面，然后計(jì)量壓痕對角線長度，人孔等管道設(shè)備并通過計(jì)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(yàn)中采用了固定角度的壓頭，其壓力角是恒定的。當(dāng)施加載荷變化時(shí)，其壓痕的幾何形狀相似且符合比例關(guān)系，故無論采用什么載荷值，其測得的硬度相同，但相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中還是給出了系列荷載以簡化換算關(guān)系。試驗(yàn)時(shí)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(yàn)法吸取了布氏硬度和洛氏硬度試驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)，即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(yàn)中須 換壓頭材料從而造成測到的結(jié)果無法比較的缺點(diǎn)。人孔等管道設(shè)備但是維氏硬度試驗(yàn)法也不能直接從試驗(yàn)機(jī)上讀出硬度值，需要查表計(jì)算，故測量效率較低。

　　由于維氏硬度試驗(yàn)法所具有的優(yōu)點(diǎn)，它常用在相應(yīng)的研究試驗(yàn)室中。

　　為了便于人孔等管道設(shè)備的設(shè)計(jì)人員查對，本章附錄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。