金相与硬度测试课件.ppt

材料分析技术 《金相与硬度测试》 一 硬度 （一）基本概念 1. 硬度定义 硬度是衡量金属材料软硬的一种性能指标。 2 常用硬度测量方法和分类 硬度测量基本可分为压入法和划痕法。压入法中，根据加载速度不同又可分为静载压入法和动载压入法（弹性回跳法）。在静载压入法中根据载荷、压头和表示方方法不同，又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等多种。压入法比较简单，能测量所有金属材料的硬度，不损坏零件，而且在一定条件下和材料抗拉强度等性能指标有一定关系，可由硬度值推断其他强度指标，实际工作中使用最多。 3 硬度的物理意义 硬度值的物理意义随着实验方法的不同而不同。对压入法，硬度表示材料表面抵抗另一种物体压入时所引起的变形功；压入法表示材料抵抗表面断裂的能力；回跳法硬度值表示材料金属弹性变形功的大小；因此硬度值实际上不是一个单纯的物理量，它是表征着材料的弹性、塑性、变形强化、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性指标。一般认为硬度是金属表面地抗拒不压入变形和刻划破裂的能力。 （二） 硬度测量原理 1. 布氏硬度 布氏硬度的测量原理是用一定载荷P(kgf)，把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金头压入被测金属的表面，保持一定时间后卸载，根据金属压痕的表面积F（mm2),除载荷所得的商值即为布氏硬度，其符号用HB表示，代表单位压痕面积上所承受的压力，一般不标出单位。 在实际实验时，由于测量压痕直径d比h方便，因此将上式h换算成d的表达式 式中，HBS、HBW分别代表用钢球和金刚石压头测得的硬度，d是唯一变量，试验是只要测出压痕直径d（mm),可通过计算，或查布氏硬度表即可得到HB值。 由于金属软硬不同，工件薄厚、大小不同，不能仅采用一种标准载荷和钢球直径D，需要在生产实验时，能使用不同大小负荷P和钢球直径D。对同一种材料采用不同载荷和钢球直井，能否得到同一硬度值，关键在于压痕的几何形状相似性。如图所示，要保证级和相似性，必须保证钢球压入角j相等。 由图可知， 此式说明，若压入角不变，为了使同一种材料二者所得HB不变，则要求P/D2保持常数，这就是由压痕相似性原理导出的P和D选配原则，硬度实验时必须执行。国家标准规定布氏硬度实验时， P/D2的比值为30，10，2.5三种，根据金属材料种类、试样硬度范围和厚度的不同，按照下表规范选择钢球直径P、载荷P及载荷保持时间。 布氏硬度实验规范 布氏硬度试验的有效性、标注、优缺点和适用范围 有效性检验： 试验后压痕直径应在0.25Dd0.6D的范围内，否则试验无效，应考虑换用其他载荷重做试验。 表式方法： 用D=10mm，P=1000kgf，载荷保持时间10sec, 所测硬度值为280，则用HB280表示。在其他试验条件下，符号HB应以相应的指数注明钢球直井，载荷大小及保持时间。如HB5/250/30,表示D=5, P=250kgf, 载荷保持时间为30sec。 优点： 硬度值代表性全面，因压痕大，能反映较大范围内金属各组成相影响的综合性能，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，适用于测定灰口铸铁，轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料；实验数据稳定，重复性好，与强度有一定换算关系。 缺点：由于压头为淬火钢球，由于钢球自身的变形问题，适用于HB450的硬度范围。 2. 洛氏硬度 洛氏硬度是目前使用最为广泛的实验方法，和布氏硬度一样，也是一种压入硬度实验方法，但它不是测量压痕面积，而是测量压痕深度，以深度大小表示材料的硬度值。 洛氏硬度的压头采用锥角为120o 的金刚石圆锥或直径为1.588mm （1/6 inch)的钢球。载荷分两次 加，先加初载P1，然后加主载荷 P2，其总载荷为P=P1+P2. 图中0-0为金刚石压头没有和试样 接触位置，1-1为压头受到初载P1 后压入试样深度为h0的位置，2-2 为受到主载荷P2后压入试样深度 为h1的位置，3-3为压头卸掉主载 荷仍保留初载P1下的位置，由于弹性恢复，压头位置提高了h2。此时压头受主载荷作用压入深度为h，用h值来衡量材料的硬度。 金属越硬，压痕深度越小；金属越软，压痕深度越大。若直接以深度h作为硬度值，会出现材料越软，h值反而越大的情况。为了适应人们认为硬度越高，材料越硬的习惯相一致，认为规定以常数K减去h值作为落实硬度值的指标，并规定每0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示： 使用金刚石压头，K=0.2mm，褐色表盘刻度所示，使用钢球压头，K=0.26mm,红色表盘刻度所示。 洛氏硬度的优缺点 3. 维氏硬度 载荷P可从0.5-120kgf范围内根