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金属材料的硬度力学性能

来源:金道  作者:金道  发布时间:2017-07-06 浏览量:1129

硬度是指金属材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。是各种零件和工具必须具备的性能指标,在机械制造过程中使用的刀具、量具和模具等必须具有足够的硬度和强度,才能满足其耐磨性和使用寿命的工作需要,机械零件同样也需要对硬度有一定的要求,因此硬度是衡量金属材料的重要的力学性能指标。

    硬度试验的方法很多,有压入硬度试验法(布氏硬度、洛氏硬度等),划痕硬度试验法(如莫氏硬度),回跳硬度试验法(如肖氏硬度)等,在实际零件的硬度检测中采用压入硬度试验法。

    ①布氏硬度是指采用球面压痕单位面积上所承受的平均压力,其表示符号为HBS(W),布氏硬度的计算公式为:

    (1-4)

式中  HBS(W)-用钢球(或硬质合金)试验时的布氏硬度值;

    F-试验力,N;

    D-球体的直径,mm;

    d-压痕的平均直径,mm。

    从上式中可以看出,在外力(载荷)的作用,压头球体的直径(D)一定时,布氏硬度只是与压痕的直径的大小有关,其关系为:d越大则布氏硬度值愈小,硬度越低;反之则硬度越高。

    在实际的硬度检测过程中,只要用专门的刻度放大镜量出压痕直径(d),根据其大小从硬度表中查出相应的布氏硬度值。布氏硬度的表示方法为:硬度值+符号HBS(W)+试验条件(球体直径+试验力+试验保持的时间),例如170 HBS10/1000/30分别表示用直径10mm的钢球,在9807N(1000kgf)的试验力作用下,保持30s时测的硬度值为170。

    布氏硬度试验时压头球体的直径(D),试验力(F)以及试验力保持时间(t),应根据被测金属材料的种类、硬度值的范围以及金属材料的厚度进行合理选择。常用压头的直径(D)有2.5mm、5mm、10mm三种。

    布氏硬度适用于铸铁、有色金属以及合金、各种退火及调质的钢材,对于软金属则更为合适。布氏硬度与其他力学性能存在一定的近似关系,可按国家标准进行换算即可。

    ②洛氏硬度  是指用洛氏硬度相应标尺刻度满量程(100)与残余压痕深度增量(h)之差计算硬度值,图1-5为洛氏硬度试验示意图。

    图1-5    洛氏硬度试验示意图

    计算公式为:

    HR=K-h

    式中  HR-洛氏硬度值;

    K-常数,用金刚石圆锥体压头进行试验时K为100,

    用钢球压头进行试验时K为130;

    h-残余压痕深度的增量,为0.002mm。

    一台硬度计可以测定从软到硬的不同金属材料的硬度,采用不同的压头和总试验力(载荷),可组成15种洛氏硬度标尺,每一种标尺在洛氏硬度符号HR后面加一个字母,常用的有HRA、HRB、HRC三种,以HRC应用最广。