02 力学性能试验 第四章 硬度

第四章金属硬度试验1包雪鹏2013.04.07力学性能试验第四章金属硬度试验第四章金属硬度试验2绪论硬度试验有关标准和基本概念1相关的基础标准GB/T10623-2008金属材料力学性能试验术语（ISO23718：2007，mod）GB/T24182-2009金属力学性能试验出版标准中的符号及定义GB/T2975-1998钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备（ISO377：1997，eqv）GB/T8170-2008数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算值GB/T3771-1983铜合金硬度与强度换算值JB/T6050-2006钢铁热处理零件硬度测试通则ENISO18265-2003金属材料硬度值的换算第四章金属硬度试验32其他硬度试验方法标准GB/T18449.1-2009金属努氏硬度试验方法第1部分：试验方法（替代：GB/T18449.1-2001金属努氏硬度试验方法第1部分：试验方法）GB/T18449.2-2001金属努氏硬度试验第2部分：硬度计的检验GB/T18449.3-2001金属努氏硬度试验第3部分：标准硬度块的标定GB/T18449.4-2009金属材料努氏硬度试验第4部分：硬度值表第四章金属硬度试验43硬度计的计量→JJG150-2005金属布氏硬度计检定规程→JJG112-2003金属洛氏硬度计（A，B，C，D，E，F，G，H，K，N，T标尺）检定规程→JJG151-2006金属维氏硬度计检定规程→JJG747-1999里氏硬度计检定规程4试验机的有关标准→GB/T2611-2007试验机通用技术要求（替代GB/T2611-1992试验机通用技术要求）→GB/T3159-2008液压式万能试验机（替代GB/T3159-1992液压式万能试验机、GB/T3722-1992液压式压力试验机）→GB/T16491-2008电子式万能试验机（替代GB/T16491-1996电子式万能试验机）第四章金属硬度试验5→GB/T16826-2008电液伺服万能试验机（替代GB/T16826-1997电液式万能试验机）→GB/T12160-2002单轴试验用引伸计的标定→GB/T16825.1-2008静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校准→GB/T22066-2008静力单轴试验机用计算机数据采集系统的评定→JJF1103-2003万能试验机计算机数据采集系统评定→JJG139-1999拉力、压力和万能试验机→JJG475-2008电子式万能试验机检定规程→JJG556-2005轴向加荷疲劳试验机检定规程→JJG762-2007引伸计检定规程第四章金属硬度试验65常用硬度试验常用硬度试验：→布氏硬度试验→洛氏硬度试验→维氏硬度试验→肖氏硬度试验→里氏硬度试验本章内容的特点：→与标准结合得比较好，许多内容直接从标准中来的。第四章金属硬度试验7⑴金属的硬度，是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕和划痕的能力，是衡量金属材料软硬程度的一种指标。⑵从硬度的影响因素看，硬度与金属材料的化学成分、金相组织、热处理工艺、冷加工变形等密切有关。从使用来看，硬度与强度、塑性、韧性、耐磨性等有关。⑶硬度试验方法的分类：⑷硬度值的物理意义：⑸硬度试验方法的选择：6金属硬度的基本概念第四章金属硬度试验8第一节布氏硬度试验0布氏硬度试验的有关标准→GB/T231.1-2009金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法，替代GB/T231.1-2002，2010-04-01起实施；修改采用ISO6506-1:2005。→GB/T231.2-2002金属布氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准，替代GB/T6269-1997布氏硬度计的检验，修改采用ISO6506-2:1999（GB/T231.2-2012即将实施）。→GB/T231.3-2002金属布氏硬度试验第3部分：标准硬度块的标定，替代GB/T6270-1997标准布氏硬度块的标定，修改采用ISO6506-3:1999（GB/T231.3-2012即将实施）。→GB/T231.4-2009金属材料布氏硬度试验第4部分：硬度值表2010-04-01起实施。单独将平面布氏硬度值计算表列为一部分；等同采用ISO6506-4:2005。第四章金属硬度试验9压头：硬质合金球。GB/T231.1-2009在引言中明确规定了本版标准只允许使用硬质合金压头。且明确指出布氏硬度HBW，不应与以前的符号HB和钢球压头的确HBS相混淆。第四章金属硬度试验10一、试验原理布氏硬度计第四章金属硬度试验11HBW=0.102F/S=0.102F/Dh222102.0dDDDFHBW压痕的表面积通过压痕的平均直径和压头直径计算得到。d是变量，试验时测量d，得出HBW。布氏硬度一般不标单位。GB/T231.1-2009标准规定的布氏硬度试验范围上限为650HBW。第四章金属硬度试验12二、布氏硬度的表示方法第四章金属硬度试验13布氏硬度试验中，只有试验力和压头直径恒定的条件下，所测得的硬度值才具有可比性。在布氏硬度试验时，要求根据试样的材料和厚度，选用适当大小的试验力和球直径。在这种情况下，为了使得同一材料的试验所测得的布氏硬度值相同，或在不同试样上所测得的结果具有可比性，就必须应用“压痕相似原理”。三、相似原理的应用第四章金属硬度试验14三、相似原理的应用试验时要保持值为常数，就可保证几何相似的压痕。因此，对同一材料选用不同的F和D时，应使值保持为常数。2DF2DF实际试验时，为了得到准确的试验结果，除F和D应满足上述选配原则，还应通过F和D的选择，使压痕直径d限定在0.24~0.60D之间，否则结果无效。d=0.375D最理想。第四章金属硬度试验15GB/T231.1中不同材料的试验力-压头球直径平方的比率2DF第四章金属硬度试验16第四章金属硬度试验17四、试样要求⑴试样表面应平坦光滑，不应有氧化皮及外界污物，尤其不应有油脂。试样表面应能保证压痕直径的精确测量，表面粗糙度参数Ra一般不大于1.6μm。⑵制备试样时，应使过热或冷加工等因素对试样表面性能的影响减至最小。⑶试样厚度至少应为压痕深度的8倍。试验后，试样背部如出现可见变形，则表明试样太薄。试样最小厚度与压痕平均直径的关系见GB/T231.1-2009标准的附录B。第四章金属硬度试验18第四章金属硬度试验19⑴必须符合GB/T231.2-2002规定的要求。⑵各级试验力的误差均应在GB/T231.2-2002规定的试验力标称值的±1.0%以内。硬质合金球的要求。⑶压痕测量装置的标尺分度应能估测到压痕直径的±0.5%以内。⑷硬度计的示值误差和示值重复性要满足GB/T231.2-2002（P72表4-1）规定的要求。⑸硬度计由国家计量部门定期检定（检定周期一般一年）。⑹硬度计的日常检查按GB/T231.1-2009附录A。五、试验设备要求第四章金属硬度试验20（一）试验温度试验一般在10～35℃室温下进行，对于温度要求严格的试验，温度为23℃±5℃。有严格温度要求的，在试验报告中要说明试验温度。六、试验操作要点（二）试样的支撑试样表面、支承面、试验台面应清洁和无外界污物（氧化皮、油、灰尘等）。试样应稳固地放置于试验台面上，保证在试验过程中不发生倾斜、位移及挠曲；试验力作用方向垂直于试验面；不规则工件，应有专门的试样支撑。第四章金属硬度试验21——相似原理及应用1根据试样尺寸（被测平面、厚度）确定球压头直径；优先选用10mm球压头；2铸铁材料，球压头直径不小于2.5mm；3试验力选择保证压痕直径d=0.24~0.60D。——不同材料的试验力-压头球直径平方的比率（三）压头直径和试验力的选择第四章金属硬度试验22（四）试验加力和试验力保持时间使压头与试样表面接触，无冲击和震动地垂直于试验面施加试验力，直至达到规定试验力值。从加力开始至全部试验力施加完毕的时间应在2S～8S之间。试验力保持时间为10S～15S。对于要求试验力保持时间较长的材料，试验力保持时间允许误差应在±2S。在整个试验期间，硬度计不应受到影响试验结果的冲击和震动。（五）压痕间距任一压痕中心距试样边缘距离至少应为压痕直径的2.5倍；两相邻压痕中心间距离至少应为压痕直径的3倍。（六）测量压痕直径——相互垂直方向，查GB/T231.4-2009第四章金属硬度试验23⑴试验后，检查试样背面，如试样背面出现可见变形痕迹，则表明试样太薄，试验结果无效。压痕直径d=0.24~0.60D。⑵在读数显微镜或其他测量装置上测量压痕直径。应在两相互垂直方向测量，用两个读数的平均值计算布氏硬度，或查表（GB/T231.4-2009）得布氏硬度值。⑶数值修约：3位有效数字。⑷应注意材料的各向异性，例如经过大变形量冷加工，这样压痕直径在不同方向可能有较大差异。七、试验结果处理第四章金属硬度试验24⑴布氏硬度适用于退火、正火状态的钢铁件、铸件、有色金属及其合金，特别是对软的金属，如铅、铝和锡等更为适宜。⑵优点：布氏硬度采用较大直径的球压头，所得的压痕面积较大，因此所得的硬度值反映了材料在较大范围内的平均性能。由于压痕较大，所得数据稳定，重复性强。⑶缺点：对不同的材料需要更换压头和试验力，压痕直径的测量较麻烦。压痕较大，对成品件不一定适合。八、应用范围及优缺点第四章金属硬度试验25（一）硬度计的检查（GB/T231.1-2009附录A）九、补充第四章金属硬度试验26测量设备性能的准确与否，直接影响到实验室检定、校准、检测结果的准确可靠。为保证测量设备性能满足预期的使用要求，保证其量值的溯源性，须定期进行校准或检定。然而由于测量设备固有特性的变化或漂移，在每次检定或校准后并不能保证其量值始终得到维持，因此，在日常工作中需要经常对测量设备的性能进行核查，以便及时识别可能发生的超出预期范围的变化或失效，确认其性能是否得到有效维持或是否满足其使用要求而不会得到非预期的使用。因此，期间核查的概念可以表述为：在测量设备相邻两次校准或检定期间，采用可信的方法对其使用功能及测量性能进行的一种核查，以验证其是否得到有效维持，即旨在确认测量设备校准状态的可信程度。（二）期间核查的概念、目的和方法第四章金属硬度试验27硬度计的期间核查方法：→参照JJG150-2005金属布氏硬度计检定规程和GB/T231.2-2002来进行布氏硬度计的期间核查；先编制布氏硬度计期间核查方法作业指导书；→具体进行硬度计的示值误差和示值重复性核查，核查结果应满足GB/T231.2-2002（P72表4-1）规定的要求；→做好核查记录。d——5个压痕直径的总平均值；H——标准硬度块的标定硬度值。第四章金属硬度试验28来源：CNAST0478金属布氏硬度测试能力验证计划结果报告（国际比对）影响布氏硬度试验结果准确度的因素主要来自试验装置（试验力、压头、压痕测量装置）和测试人员的操作技术（试验条件的选择、加力速度和状态、试验力保持时间、压痕间距、压痕直径测量技术等）。现对影响检测结果的主要因素简要分析如下：1）试样布氏硬度试样的表面质量及均匀度是影响试验结果正确性和分散度的重要因素。由于本次能力验证计划采用标准硬度块作为试样，使试样表面质量和均匀度方面都得到了保证。因此，本次能力验证项目中，影响试验结果正确性和分散度的因素主要为硬度计和操作技术。（三）、布氏硬度试验结果影响因素分析第四章金属硬度试验292）硬度计试验前对硬度计进行检查以保证工作状态正常并符合GB/T231.2的要求，对获得正确的试验结果十分重要。对于检定合格的布氏硬度计，应用标准硬度块进行日常检查，其方法是：在标准硬度块上压出1个以上压痕，示值误差应符合GB/T231.2-2002要求。当硬度计示值误差超过GB/T231.2-2002的相关规定时，表明硬度计不合格，则要由计量部门对硬度计进行直接检验：包括对试验力的校验，压头的检验，压痕直径测量装置的校验。3)操作技术布氏硬度试验操作技术水平对试验结果