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硬度,那些你不知道的事......

 fenxi111 2016-10-30

编者按:

    硬度是一个非常重要的性能,用于表征材料抵抗塑性变形的能力。然而,术语硬度也可以指耐弯曲,划伤,磨损或切割。硬度不是由基本质量单位,长度和时间的精确定义所规定的材料固有性质。硬度值是人为定义的测量程序得到的结果。长期以来,材料的硬度是通过耐划痕或切割来评估的。一个例子,材料B划伤材料C,但不是材料A. 或者,材料A轻度划伤材料B且严重划伤材料C。然而,实际硬度还有很多其它用途,比如硬度可以用于估算材料的抗拉强度等,本章主要介绍硬度的测试与分析,借用于素科大的PPT,对原PPT作者表达诚挚的谢意。


主要介绍布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度,显微硬度测试,硬度转换关系、高温硬度等。


目标:这一部分主要介绍一些常用的硬度知识及测试方法。同时,也会给出硬度和拉伸性能的关系,最拍讨论一些影响硬度的因素。


前言:定义,硬度是抵抗变形的能力。压痕越深越大,材料越软。


硬度,通常有三种测试方法:划痕法、压痕法、回弹或者动态硬度。


硬度在工程上有广泛应用,主要用于获取材料的基本力学性能。例如,表面处理后表面的硬度显著提升。粉末冶金。加工零件:锻造、轧制板材、挤压和加工零件等。


布氏硬度:1900年,BRINELL首次提出了标准压痕-硬度测试。布氏硬度采用的是500-3000kg载荷,10mm直径钢球压入材料表面,确定材料的硬度。保压时间通常为30S,随后测试压痕直径,测试两次,取平均值。图片中给出了布氏硬度计算公式,请自行理解。


布氏硬度测试的优缺点:较大的压痕避免了微观组织的非均质性带来的数据分散(个人理解),不同的载荷可满足很多商用材料的测试要求。与其它测试方法相比,布度硬度受测试样品表面粗糙度和划痕影响较小。这种测试不适用于小样品,尤其是那些压痕可能导致失效的样品。


采用非标载荷和非标直径钢球测试布氏硬度,这里就不做详细解读了,如有需要请自行理解。


迈尔斯硬度:他认为硬度应该用压头和压痕之间的平均应力来表达,它等于载荷除以压痕的面积。图片中给出了计算公式。


维氏硬度:维氏硬度测试采用了金刚石四面体底压头,各面的夹角是136度。维氏硬度定义为载荷除以压痕表面积。公式请自行理解。


维氏硬度使用载荷的范围是1-120kgf, 保压时间10-15秒。维氏硬度在研究中广泛应用。


维氏硬度压痕:一个完美的四面体压痕,图(a)。一个枕形压痕,在四面体平面附近金属在下沉,图(b)。一个桶形压痕,常在冷加工金属中发现,图(c)。


各种金属的维氏硬度。


洛氏硬度:在美国广泛应用的硬度测试方法,其特点在于测试速度快,人为误差小,能够区分很小的硬度误差,压痕尺寸小。硬度测试基于定载荷下压痕的深度。


洛氏硬度:洛氏硬度测试原则,将测试表面放置在压头附近。应用一个极小载荷建立一个零参考位置。


洛氏硬度:会为A\B\C三种,取决于所用的压头和载荷。表中给出了载荷和压头类型。


洛氏硬度计的使用。表面要干净且干燥,平整且无氧化物。平台,垂直于压头。圆柱表面得到的数值较低,取决于曲率,因此测试圆柱时需要对结果进行校正(小编的经验)。加载速度是标准的。不同压痕之间的距离为压痕尺寸的3-5倍。很多测试都有这样的问题,压痕距离或不同测试点距离太小会相互干扰,导致测试结果不准确,越软的材料,影响越大(小编的经验)。


显微硬度:硬度测试在一个较小的面积上进行。如微观组织中的某个相,测试在微观尺寸。维氏硬度可以用于微观尺寸的硬度测试,常用的设备的显微维氏硬度计。努氏硬度也是一种显微硬度测试方法。努氏硬度值是用载荷除以压痕未回复面积所得的数值,图中有公式。


压头下方的塑性区:压头下方的塑性区被一个弹性区包围,该弹性区阻碍塑性变形。塑性区周围的材料是刚性的,材料的向上流动补偿压头取代的材料。因为这种限制,硬度测试过程中,引起塑性流动的压应力大于简单的压缩。


硬度和流动曲线关系:流动曲线,表示流体的剪切速率(或称速度梯度)与剪切应力关系的曲线。Tabor认为真应力应变曲线塑性区可能来自于压痕硬度测试。在某种条件下,真应变与d/D比成正比。因此,屈服强度大约是维氏硬度的三分之一,这种关系对于估计大多数材料是比较准确的。


对于布氏硬度,一个非常有用的关系式被用于计算经热处理的普通碳钢和中合金钢的拉伸强度计算,关系式在图中给出。上述两种材料的抗拉强度大约是其布度硬度的3.4倍。而且,纳米硬度测试可以给出杨氏模量(小编也是看完才晓得,且用且珍惜吧)。


硬度转换,理解就好,不用认真,因为有一些转换表可以查寻。


高温硬度:这是一个难点问题,高温硬度测试结果对于一种材料是否可以用作高温材料具有指导意义。如有需求,自行理解。


PPT中图片给出了温度对铜硬度的影响。


给出了参考文献,如有需要请自己查阅。


下面给出硬度转换表。





关于上期内容:

上期内容给出了十大事故,很多读者提出了自己的见解,甚至用了很激烈的言辞,其实小编只是提供一些见闻,引自其它网页,也不便进行编辑,望大家理解。


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