金属的硬度。金属硬度表

科学 2023

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金属的硬度。金属硬度表
金属的硬度。金属硬度表
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为了使零件和机构能够长期可靠地服务,制造它们的材料必须满足必要的工作条件。这就是为什么控制其主要机械参数的允许值很重要的原因。机械性能包括硬度、强度、冲击强度、延展性。金属的硬度是主要的结构特征。

理念

金属和合金的硬度是一种材料在另一个物体渗入其表面层时产生阻力的特性,在伴随的载荷(压头)下不会变形和塌陷。用目的定义:

  • 获取有关可接受的设计特征和操作可能性的信息;
  • 分析时间影响下的状态;
  • 监控热处理结果

表面的强度和抗老化能力部分取决于这个指标。探索原创材料和成品。

金属和合金的硬度
金属和合金的硬度

研究选项

指标是一个数值,称为硬度数。有多种测量金属硬度的方法。最准确的研究是使用不同类型的计算、压头和合适的硬度计:

  1. 布氏:仪器的本质是将球压入所研究的金属或合金中,计算压印直径,然后数学计算力学参数。
  2. Rockwell:使用球或菱形锥。该值以刻度显示或计算出来。
  3. 维氏:使用金刚石锥尖测量金属硬度的最准确测量方法。

有专门的公式和表格来确定同一材料不同测量方法的指标之间的参数对应关系。

决定测量选项的因素

在实验室条件下,在必要的设备范围内,根据工件的某些特性选择研究方法。

  1. 机械参数指示值。对于结构钢和硬度高达 450-650 HB 的材料,采用布氏法;用于工具、合金钢和其他合金--洛氏;用于硬质合金 - 维氏。
  2. 测试样品的尺寸。尤其是小而精致的零件用使用维氏硬度计。
  3. 测量点处金属的厚度,特别是渗碳层或氮化层。

GOST 记录所有要求和合规性。

金属的硬度
金属的硬度

布氏技术的特点

使用布氏硬度计对金属和合金进行硬度测试具有以下特点:

  1. 压头 - 由合金钢或碳化钨合金制成,直径为 1、2、2、5、5 或 10 毫米(GOST 3722-81)的球。
  2. 静态压痕持续时间:铸铁和钢 - 10-15 s,有色合金 - 30,60 s 的持续时间也是可能的,在某些情况下 - 120 和 180 s。
  3. 机械参数限值:用钢球测量时为450 HB;使用硬质合金时为 650 HB。
  4. 可能的负载。使用套件中包含的砝码,可以校正测试样品上的实际变形力。它们的最小允许值:153、2、187、5、250 N;最大 - 9807、14710、29420 N (GOST 23677-79)。

使用公式,根据所选球的直径和被测材料,可以计算出合适的允许压痕力。

合金类型

数学负荷计算

钢、镍、钛合金

30D2

铸铁

10D2,30D2

铜及铜合金

5D2,10D2,30D2

轻金属及合金

2、5D2、5D2、10D2、15D 2

铅、锡

1D2

符号示例:

400HB10/1500/20,其中400HB是金属的布氏硬度; 10 – 球直径,10 毫米; 1500 - 静载荷,1500 kgf; 20 - 压痕周期,20 s.

要确定准确的数字,合理的做法是对同一个样本进行多处检验,并通过求取所得的平均值来确定总体结果。

布氏硬度
布氏硬度

布氏硬度测试

研究过程按以下顺序进行:

  1. 检查零件是否符合要求(GOST 9012-59,GOST 2789)。
  2. 检查设备的健康状况
  3. 选择所需的球,确定可能的力量,设置其形成的重量,压痕周期。
  4. 启动硬度计,试样变形
  5. 测量凹槽的直径。
  6. 经验计算。

НВ=F/A, 其中F为载荷,kgf或N; A--压印区域,mm2.

НВ=(0, 102F)/(πDh), 其中D--球直径,mm; h – 压印深度,毫米。

用这种方法测量的金属硬度与强度参数的计算。该方法是准确的,特别是对于软合金。它是确定这种机械性能值的系统的基础。

洛氏技术的特点

这种测量方法是20世纪20年代发明的,比以前的自动化程度更高。用于较硬的材料。其主要特点(GOST 9013-59;GOST 23677-79):

  1. 存在10 kgf的主要负载。
  2. 持有期:10-60秒
  3. 可能指标的边界值:HRA:20-88; HRB:20-100;热卷:20-70.
  4. 硬度计表盘上的数字可视化,也可以算术计算。
  5. 刻度和压头。有 11 种不同的刻度,取决于压头的类型和最大允许静载荷。最常用:A、B、C。

A:金刚石锥尖,120˚尖角,60kgf总静力,HRA;薄产品调查,主要是卷材。

C:也是150kgf HRC金刚石锥体,适用于硬质和硬化材料。

B:1.588mm钢球或硬质碳化钨,载荷100 kgf,HRB,用于评价退火产品的硬度。

球头(1.588毫米)适用于洛氏B、F、G标尺,也有E、H、K标尺,球头直径为3.175毫米(GOST 9013-59)已使用。

样本数,用洛氏硬度计在一个区域制造的零件受到零件尺寸的限制。允许在距先前变形位置 3-4 个直径处进行第二次测试。被测产品的厚度也有规定。应不小于针尖穿透深度的10倍。

符号示例:

50HRC--金属的洛氏硬度,用金刚石尖端测量,其数字为50。

金属洛氏硬度
金属洛氏硬度

罗克韦尔学习计划

金属硬度的测量比布氏法更简单。

  1. 估计零件的尺寸和表面特性。
  2. 检查设备的健康状况
  3. 确定吸头类型和负载能力。
  4. 设置图案
  5. 对材料执行初级力,值为10 kgf。
  6. 全力以赴。
  7. 在表盘刻度上读取收到的号码

数学计算也可以准确确定机械参数。

使用负载为60或150 kgf的金刚锥时:

HR=100-((H-h)/0, 002;

在100公斤力下用球测试时:

HR=130-((H-h)/0, 002, 其中 h 为 10 kgf 主力下压头的穿透深度; H--满载时压头的穿透深度; 0, 002是一个系数,当硬度数变化1个单位时,它调节尖端的移动量。

罗克韦尔的方法简单但不够准确。同时可以测量硬金属和合金的力学性能。

维氏技术的特点

用这种方法测定金属的硬度是最简单准确的。硬度计的工作是以金刚石锥尖压入样品为基础的。

主要特点:

  1. 压头:136°顶点菱形金字塔
  2. 最大允许载荷:用于合金铸铁和钢 - 5-100 kgf;对于铜合金 - 2.5-50 kgf;用于基于它的铝和合金 - 1-100 kgf.
  3. 静载荷保持期:10~15秒
  4. 被测材料:硬度在450-500HB以上的钢材和有色金属,包括化学热处理后的产品。

符号示例:

700HV20/15, 其中700HV是维氏硬度数; 20 - 负载,20 公斤力; 15 - 静态努力期,15 秒。

测量金属硬度的方法
测量金属硬度的方法

维克斯学习序列

程序极其简化

  1. 检查样品和仪器。特别注意零件的表面。
  2. 选择允许的努力。
  3. 安装测试材料
  4. 启动硬度计投入运行
  5. 读取表盘上的结果

此方法的数学计算如下:

HV=1, 8544(F/d2), 其中F是负载,公斤力; d是压印对角线长度的平均值,mm。

它可以让您测量金属、薄零件和小零件的硬度,同时提供高精度的结果。

音阶之间的过渡方法

使用专用设备确定打印件的直径后,您可以使用表格来确定硬度。金属硬度表是计算该机械参数的可靠助手。所以,如果已知布氏值,就可以很容易地确定对应的维氏或洛氏数。

部分匹配值示例:

打印直径,

mm

研究方法

布氏

罗克韦尔

维氏

A

C

B

3、90

241

62、8

24, 0

99、8

242

4、09

218

60、8

20、3

96、7

218

4、20

206

59、6

17、9

94、6

206

4、99

143

49、8

-

77、6

143

金属硬度表是根据实验数据编制的,精度高。布氏硬度对铁碳合金中的碳含量也有图形依赖性。因此,根据这种依赖关系,对于成分中碳含量等于 0.2% 的钢,它是 130 HB。

金属硬度表
金属硬度表

样品要求

按照GOST的要求,被测零件必须满足以下特性:

  1. 工件必须平整,牢固地放在硬度计的工作台上,边缘必须光滑或经过精心处理。
  2. 表面应该有最小的粗糙度。必须打磨和清洁,包括在化合物的帮助下。同时,在加工过程中,重要的是要防止加工硬化的形成和处理层温度的升高。
  3. 零件必须符合选定的通过参数属性确定硬度的方法。

满足基本要求是准确测量的先决条件。

金属硬度的测定
金属硬度的测定

金属的硬度是一项重要的基本机械性能,它决定了它们的一些其他机械和技术特征、先前加工过程的结果、时间因素的影响以及可能的操作条件。研究方法的选择取决于样本的大致特征,参数和化学成分。

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