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材料和硬度测试-其应用的重要性
时间:2020-02-24来源: 本站 字体:[ ]

适用于大多数材料以及特定金属的硬度是一种有价值的,具有启发性且广泛使用的机械测试,已以各种形式使用了250多年。当然,作为一种材料特性,其重要性和价值不可低估,并且来自硬度测试的信息可以与其他材料验证技术(例如压缩或拉伸)互补并经常使用,以提供关键的性能信息。

材料和硬度测试有多重要和有用?

考虑提供的信息及其在结构,航空航天,质量控制,汽车,故障分析以及其他几种形式的工业和制造业中的重要性。确定这些材料特性可提供对从原材料到制成品以及准备好的样品的各种组件类型的强度,柔韧性,耐用性和功能的宝贵见解。

硬度测试是材料测试的一种广泛使用的形式。与其他类型的材料验证设备相比,它相对容易执行,并且通常完全或最小程度地无损,并且大多数仪器价格便宜。此外,它通常可以直接在组件上进行而无需重大改动。随着电子和计算机时代的发展,测试硬件和技术已大大提高,而先前的技术包括简单的划痕测试。

这些测试是基于硬度从头到尾增加的钢筋进行的。被测材料可能在试条上产生刮痕的水平被认为是试样硬度的决定因素。后来的硬度测试形式包括用金刚石刮擦材料表面并测量所得线的宽度,并因此在力的作用下使用钢球测量材料的压痕。随着全球工业化带来的制造需求的增加,再加上两次世界大战期间的迫切需求,人们开发了更加精致的技术和机器。

为了应对结构故障,繁重的制造需求以及在不断增长的全球基础架构中设计足够的材料完整性的需求,需要高效,准确的测试形式。最近,电子,硬件和软件方面的重要进步导致了更加复杂的硬度测试设备,这些设备可以可靠,快速且以极高的精度提供有用且对性能至关重要的信息。

压痕硬度测试到底是什么?

最常用和基本的定义是材料对**塑性变形的抵抗力。虽然其他形式的硬度测试(例如电磁,回弹和超声波)被广泛应用,并通过其他技术来测量材料硬度,但压痕硬度测试却提供了简单,可靠和普遍理解的测试类型。它是通过在指定的时间段内将指定几何形状和特性的压头加载到材料上并测量穿透深度或最终压痕或压痕的尺寸来测量的。渗透深度或压痕尺寸随着被测试材料的柔软而变大。

常见的硬度测试品种包括洛氏硬度(压痕深度或未恢复的压痕),布氏硬度(压痕面积)和努氏/维氏硬度。凭借快速生成的结果,洛氏测试是最常用的方法,通常用于合金和金属。努氏和维氏测试更适合于涂层,薄材料和已安装的金相部件。布氏测试应用程序通常包括大型钢框架,铸铁和铝。可以使用手持设备在几秒钟内执行一些硬度测试。

硬度测试产生的压痕可以磨掉,也可以小到不影响部件的性能或外观。由于测试是针对组件本身进行的,因此可以在发货给客户之前测试每种产品或产品的现场检查。

这些常见的硬度测试类型如何执行?

洛氏硬度测试是基于与额外深度的测量值成反比的关系,压头在较大的总(主要)载荷作用下超出了由较早施加的初始(较小)载荷导致的深度。最初,施加较小的载荷,并建立零基准位置。随后,在指定的时间段内施加主要载荷,然后将其删除,从而保留次要载荷。所产生的洛克韦尔数表示由于施加主载荷而从零基准位置开始的深度差。整个过程仅需几秒钟即可完成,最多需要15秒钟。

在罗克韦尔测试中,可以快速直接获得结果,而无需进行二次尺寸测量。最常见的压头类型是在120度下磨削的金刚石圆锥体,用于测试淬硬的钢和碳化物。通常使用直径为1/16英寸至1/2英寸的碳化钨球对较软的材料进行测试。压头和测试力的组合构成了洛氏秤。这些组合组成30个不同的刻度,并表示为实际硬度编号,后跟字母HR,然后是各个刻度。记录的HRC 63硬度值表示在洛氏C等级的硬度为63。较高的值表示较硬的材料,例如碳化钨或硬化钢。它们的HRC值可能超过70 HRC。

微观或宏观硬度测试(通常也称为努氏硬度或维氏硬度测试)也可以通过将指定几何形状的压头压入测试表面来进行。与罗克韦尔测试不同,维氏或努氏测试仅施加单个测试力。然后,在高功率显微镜的帮助下,结合丝状目镜,测量最终的印痕或未恢复的区域,或者最近借助图像分析软件自动进行测量。Knoop钻石形成了细长的菱形菱形凹痕,长和短对角线之间的比率约为7比1。

努氏测试主要在10 g至1000 g的测试力下进行。努氏测试(主要称为显微压痕或显微硬度测试)最适合在小测试区域或脆性材料上使用,因为在短对角线上会出现最小的材料变形。维氏金刚石产生具有约1%7的压痕的深度的方底金字塔形形状对角线的长度。维氏测试具有两个不同的作用力范围,即微型(10 g至1000 g)和宏观(1 kg至100 kg),可以满足所有测试要求。压头在两个范围内都相同,因此维氏硬度值在金属(通常为HV100至HV1000)的整个硬度范围内是连续的。

维氏测试主要被称为宏观压痕测试,可用于各种材料,包括表面硬化和钢部件。维氏压痕对表面条件的敏感性也比努氏测试低。在两种测试类型中,都将测得的面积用于包括施加力的公式中,以确定硬度值。表格或自动成像或电子测量是产生努氏和维氏硬度值的更常见和便捷的方法。

布氏硬度测试是另一种常见的硬度测试类型,包括借助直径为5或10毫米的碳化钨球在规定的时间(10至30秒)内施加恒定的载荷或力,通常在500至3000 Kgf之间。 。需要一定的加载时间,以确保金属的塑性流动停止。在特定应用中有时会使用较小直径的球和较小的力。与努氏和维氏测试相似,布氏测试仅施加单个测试力。除去负载后,使用自动测量设备或低倍显微镜以毫米为单位测量所得的恢复的圆形印象。

布氏测试通常用于测试铝和铜合金(在较小的力下)以及铸铁和钢在较大的力范围内。高度硬化的钢或其他材料通常不通过布氏方法进行测试,但是布氏测试主要用于特定的材料表面处理,因为由于施加的力大和压头尺寸大,它对表面条件的耐受性更高。布氏测试仪通常用于容纳大型零件,例如大直径管道和发动机铸件。

结论

硬度测试在材料测试,质量控制和组件验收中起着至关重要的作用。需要数据来验证热处理,结构完整性和组件的质量,这将有助于确定材料是否具有建议使用所必需的特性。在所需的材料性能和硬度结果之间建立关联可以做到这一点,从而使硬度测试在研发和工业应用中非常有用,并且还可以确保每天使用的东西中使用的材料有助于精心设计,安全和高效世界。


文章转载来源网址:https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=15122

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