Introducción a la dureza

Introducción a la dureza

dureza，Términos de física，La capacidad de un material para resistir localmente los objetos duros presionados en su superficie se llama dureza.。La resistencia local de los sólidos a la invasión de objetos externos.，Es un índice para comparar la dureza de varios materiales.。Debido a diferentes métodos de prueba，Entonces hay diferentes estándares de dureza.。Los diferentes estándares de dureza tienen diferentes significados mecánicos，No se pueden convertir directamente el uno al otro，Pero se puede comparar experimentando。

conceptos básicos

La dureza se divide en：①Dureza al rayado。Se utiliza principalmente para comparar la dureza de diferentes minerales.，El método consiste en elegir una caña con un extremo duro y un extremo blando，Pase el material probado a lo largo de la barra，Determine la dureza del material probado de acuerdo con la ubicación del rayón。Cualitativamente，Rasguños largos de objetos duros，Pequeños arañazos en objetos blandos。②Dureza de indentación。Se utiliza principalmente para materiales metálicos.，El método consiste en presionar el penetrador especificado en el material probado con una cierta carga，Compare la dureza del material probado con la magnitud de la deformación plástica local en la superficie del material。Debido al indentador、La diferencia en carga y duración de carga.，Hay varias durezas de indentación.，Principalmente dureza Brinell、dureza Rockwell、Dureza Vickers y micro dureza, etc.。③Dureza de rebote。Se utiliza principalmente para materiales metálicos.，El método consiste en hacer que un pequeño martillo especial caiga libremente desde una cierta altura para impactar la muestra del material probado.，La dureza del material está determinada por la cantidad de energía de deformación almacenada (y luego liberada) de la muestra durante el impacto (medida por la altura de rebote del martillo)。

Clasificación de dureza

Dureza al rayado

1722año，Francés R. -UNA. F. De Leomir propuso por primera vez una prueba de dureza al rayado muy áspera。Este método consiste en hacer que la colcha y el material pasen sobre una varilla de metal que cambia gradualmente de un extremo a un extremo blando.，Determine la dureza del material probado de acuerdo con la ubicación del rayón en la varilla。1822año，F. Moss utiliza la dureza al rayado de diez minerales como estándar.，Se establecen diez niveles de dureza，Dureza de Mohs。Los niveles de dureza de Mohs de diez minerales están en orden：Diamante (10)，Corindón (9)，Topacio (8)，Cuarzo (7)，Feldespato (6)，Apatita (5)，Fluorita (4)，Calcita (3)，Yeso (2)，Talco (1)。Entre ellos, el diamante es el más difícil.，El talco es el más suave。El estándar de dureza de Mohs se establece a voluntad，No se puede utilizar con precisión para determinar la dureza de un material.，Por ejemplo, la diferencia de dureza real entre el nivel 10 y el nivel 9 es mucho mayor que la diferencia de dureza real entre el nivel 2 y el nivel 1.。Pero esta clasificación es muy útil para el trabajo de campo de los mineralogistas。

Dureza de la indentación

Presione el penetrador especificado en el material probado con una cierta carga，Compare la dureza del material probado de acuerdo con el grado de deformación plástica local en la superficie del material，Cuanto más duro es el material，Cuanto menor sea la deformación plástica。La dureza de indentación tiene una amplia gama de usos en tecnología de ingeniería.。Hay muchos tipos de indentadores，Como una bola de acero de cierto diámetro.、Cono de diamante、Pirámide de diamantes, etc.。El rango de carga es de unos pocos gramos de fuerza a unas pocas toneladas de fuerza (es decir, decenas de milinewtons a decenas de miles de newtons)。La dureza de la indentación también estipula la duración de la carga que actúa sobre la superficie del material probado.。La principal dureza de indentación es la dureza Brinell.、dureza Rockwell、Dureza Vickers y micro dureza, etc.。

dureza Rockwell

Este método de prueba de dureza es S. pags. Rockwell propuesto en 1919，Básicamente supera las deficiencias mencionadas anteriormente del método Brinell.。El penetrador utilizado para la dureza Rockwell es un cono de diamante con un ángulo de cono de 120 ° o una bola de acero con un diámetro de 1/16 de pulgada (1 pulgada equivale a 25,4 mm)，Y use la profundidad de la hendidura como base para la calibración del valor de dureza。Al medir，La carga total se divide en carga inicial y carga principal (carga total menos carga inicial) dos veces，La carga inicial es generalmente de 10 kgf，Retire la carga principal después de agregar a la carga total，Y mida la dureza del material por la profundidad de la hendidura en este momento。La dureza Rockwell se registra como HR，El valor medido se escribe después de HB，La fórmula de cálculo del valor de dureza Rockwell es：

Donde h es la profundidad de la indentación de deformación plástica (mm)；k es una constante prescrita；0.002 (mm) en el denominador es la profundidad de indentación por unidad de dureza Rockwell。Correspondiente al penetrador cónico de diamante k = 0,20 (mm)，Correspondiente al penetrador de bolas de acero k = 0,26 (mm)。

Para adaptarse al rango de medición extremadamente amplio，Se pueden usar dos métodos para cambiar la carga y reemplazar el indentador。Diferentes cargas e indentadores forman diferentes escalas de dureza Rockwell，Las reglas de uso común son A、si、C tres tipos。La regla B se utiliza para materiales metálicos de dureza media.，Como acero recocido de bajo carbono y acero de medio carbono、latón、Aleación de bronce y aluminio duro；El penetrador es una bola de acero con un diámetro de 1/16 de pulgada.；Carga de 100 kgf。El rango de escala es de HRB0 a HRB100，La bola de acero puede aplastarse cuando la dureza es superior a HRB100。La escala C se utiliza para materiales con dureza superior a HRB100，Como acero endurecido、Varios aceros aleados templados y revenido。El penetrador es un cono de diamante con un ángulo de vértice de 120 °；Carga de 150 kgf。El rango de escala C es de HRC20 a HRC70，Las escalas B y C son las escalas estándar de dureza Rockwell。Regla A para tungsteno、Carburo cementado y otros materiales duros，También se utiliza para flejes de acero fino endurecido。El penetrador de diamante se daña fácilmente debido a grandes cargas，Entonces la carga se cambia a 60 kgf。La escala A es la única entre todas las escalas de dureza Rockwell que se puede utilizar en una amplia gama de durezas, desde latón recocido hasta carburo cementado.。

La prueba de dureza Rockwell utiliza tres fuerzas de prueba，Tres penetradores，Hay 9 combinaciones，9 escalas correspondientes a la dureza Rockwell。La aplicación de estas 9 reglas cubre casi todos los materiales metálicos de uso común.。La regla más utilizada es HRC、HRB y HRF，La escala HRC se utiliza para probar acero endurecido.、Acero templado、Acero templado y templado y algo de acero inoxidable。Este es el método de prueba de dureza más utilizado en la industria de procesamiento de metales.。La escala HRB se utiliza para probar varios aceros recocidos、Acero normalizado、Acero dulce、Algunas aleaciones de acero inoxidable y cobre más duras。La escala HRF se utiliza para probar cobre puro.、Aleaciones de cobre más blandas y aleaciones de aluminio duro。Aunque las básculas HRA también se pueden utilizar en la mayoría de los metales ferrosos，Sin embargo, las aplicaciones prácticas generalmente se limitan a probar carburo cementado y materiales de bandas delgadas de acero duro.。

La prueba de dureza superficial Rockwell utiliza tres fuerzas de prueba，Dos penetradores，Tienen 6 combinaciones，6 escalas correspondientes a la dureza Rockwell de la superficie。La prueba de dureza superficial Rockwell es un complemento de la prueba de dureza Rockwell，Cuando se usa la prueba de dureza Rockwell，Al encontrar materiales más delgados，Pequeña muestra，Cuando la capa de endurecimiento de la superficie es poco profunda o se prueba la capa de revestimiento de la superficie，Prueba de dureza superficial Rockwell。En este momento, use el mismo penetrador que la prueba de dureza Rockwell，Usando una fuerza de prueba que es solo una fracción de la prueba de dureza Rockwell，Se pueden obtener resultados efectivos de la prueba de dureza en las muestras anteriores。La escala N de dureza Rockwell superficial es adecuada para HRC similar a la dureza Rockwell、Materiales probados por HRA y HRD；La escala T es adecuada para HRB similar a la dureza Rockwell、Materiales probados por HRF y HRG。

El rango de uso de la escala HRC es 20 ~ 70HRC，Cuando el valor de dureza es inferior a 20HRC，Porque la parte cónica del penetrador se presiona demasiado，Disminución de la sensibilidad，En este momento, se debe usar la escala HRB en su lugar。Aunque el límite superior de la escala HRC es 70HRC，Pero cuando la dureza de la muestra es superior a 67HRC，Presión excesiva en la punta del penetrador，El diamante se daña fácilmente，La vida del penetrador se acortará considerablemente，Por lo tanto, la escala HRA generalmente debe usarse en su lugar。

El rango de uso de la escala HRA es 20-88HRA，La siguiente relación de conversión se puede obtener de la norma estadounidense ASTME140：

27HRA≈30HRB

60HRA≈100HRB≈20HRC

85.6HRA≈68HRC

visible，El rango de prueba de las cubiertas de escala HRA de acero dulce (HRB)、Rango de dureza de acero duro (HRC) a aleación dura。sin embargo，De hecho, las básculas HRA rara vez se utilizan para probar acero dulce.，Se utiliza principalmente para probar acero fino y duro.、Acero de cementación profunda y carburo cementado。En carburo cementado，Debido al progreso tecnológico，Algunos materiales han alcanzado una dureza de 93-94HRA，Esto está más allá del estándar。La ingeniería más allá del rango de medición de alta gama de HRA se ha convertido en una práctica。La regla HRA tiene un propósito especial。Al probar muestras de acero con el probador de dureza Rockwell，Si no sabe si la muestra es acero dulce o acero duro，Primero puede probarlo con la regla HRA，Cuando el valor de dureza es inferior a 60HRA, se puede utilizar la escala HRB en su lugar，Cuando el valor de dureza es superior a 60HRA, se puede utilizar la escala HRC en su lugar。

El rango de uso de la regla HRB es 20 ~ 100HRB，Cuando el valor de dureza es inferior a 20HRB，Porque la profundidad de presión de la bola de acero es demasiado grande，Aumento de la fluencia del metal，El tiempo de deformación de la muestra bajo la fuerza de prueba se prolonga.，Disminución de la precisión de los valores de prueba，En su lugar, debe usarse la escala HRF。Cuando el valor de dureza es superior a 100 HRB，Porque la bola de acero se presiona demasiado superficialmente，Sensibilidad reducida，Precisión disminuida，En su lugar, debe usarse la escala HRC。Cuando se utilizan reglas HRB para probar muestras de acero，Un lugar particularmente digno de mención es：Cuando no se sabe de antemano si la muestra es acero dulce o acero duro，Nunca use la escala HRB para realizar pruebas，Debido a que el penetrador de bolas de acero midió por error el acero endurecido，La bola de acero puede deformarse，El penetrador de bola se dañará，Esta es la razón principal del daño del penetrador de bolas de acero.。En este caso, primero debe usar un penetrador de diamante，Pruébelo con la regla HRA，Luego decida si usar HRB o HRC。

El rango de uso de la escala HRF es 60 ~ 100HRF。La regla HRF es una regla que se usa más en el extranjero，Es un buen método de detección para probar cobre puro y materiales de aleación de cobre más suaves.。Pero en nuestro pais，También hay escasez de bloques de dureza estándar.，Su aplicación también es limitada。

La escala HRG es adecuada para materiales con un valor HRB cercano a 100，Para bronce de berilio、Bronce fosforado、Fundición maleable Estos materiales cuya dureza oscila entre el extremo superior de la escala HRB y el extremo inferior de la escala HRC.，Si cambia a la regla HRG，Puede mejorar enormemente la sensibilidad de la prueba.，Mejorar la precisión de la prueba。

otro

1.HRC significa escala C de dureza Rockwell，

2.HRC y HB se utilizan ampliamente en la producción.

3.Ámbito de aplicación de HRC HRC20-67，Equivalente a HB225－－650

Si la dureza es superior a este rango, use dureza Rockwell A escala HRA。

Si la dureza es menor que este rango, use dureza Rockwell escala B HRB。

El límite superior de dureza Brinell HB650, no puede ser superior a este valor。

4.El penetrador de la escala C del probador de dureza Rockwell es un cono de diamante con un ángulo de vértice de 120 grados，La carga de prueba es un valor determinado，El estándar chino es 150 kgf。

El penetrador del durómetro Brinell es una bola de acero endurecido (HBS)O bola de aleación dura (HBW)，La carga de prueba varía con el diámetro de la bola.，De 3000 a 31,25 kgf。

5.La muesca de dureza Rockwell es pequeña，El valor medido es local，Necesito medir la cantidad de puntos para promediar，Productos terminados y láminas aplicables，Categorizado como prueba no destructiva。

Gran hendidura de dureza Brinell，Estándar de valor medido，No apto para productos terminados y escamas，Generalmente no clasificado como prueba no destructiva。

6.La dureza Rockwell es un número desconocido.，Sin unidad。(Por lo tanto, no es correcto decir cuánta dureza Rockwell es.。）

El valor de dureza de la dureza Brinell tiene unidades，Y tiene una cierta relación aproximada con la resistencia a la tracción.。

7.La dureza Rockwell se muestra directamente en el dial、Pantalla digital，Fácil de operar，Rápido e intuitivo，Apto para producción en masa。

La dureza Brinell requiere un microscopio para medir el diámetro de la hendidura.，Luego busque la tabla o calcule，La operación es engorrosa。

8.Bajo ciertas condiciones，HB y HRC se pueden intercambiar con tablas de consulta。Su fórmula de cálculo mental se puede registrar aproximadamente como：1HRC≈10HB。

Dureza Brinell

La dureza Brinell es la del ingeniero sueco J. A. Brignell propuso en 1900。Es ampliamente utilizado en tecnología de ingeniería, especialmente maquinaria e industrias metalúrgicas.。El método de medición de la dureza Brinell es utilizar una carga específica P，Presione la bola de acero con diámetro D en la superficie del material probado，Desinstalar después del tiempo especificado，Utilice el valor de carga (kgf，1La relación de kilogramo de fuerza igual a 9.80665 Newton) y el área de la hendidura (milímetro cuadrado) define el valor de dureza。La fórmula de cálculo de la dureza Brinell HB es：

Donde d es el diámetro de la muesca。

1908E. Meyer señaló，Para hacer bolas de acero de diferentes diámetros que midan la misma dureza sobre el mismo material，Necesitas cambiar el valor de carga，Mantenga las sangrías geométricamente similares，Condiciones similares son：

Donde P1、D1 y P2、D2 es el valor de carga y el diámetro de la bola de acero en los dos conjuntos de condiciones de medición, respectivamente.。

Si D = 10 mm，P = 3000 kgf，Duración de la carga 10 segundos，Entonces, el número de dureza se puede escribir directamente después del símbolo de dureza Brinell，Por ejemplo, HB250。Para otras condiciones de medición，Las condiciones deben escribirse en minúsculas después del símbolo de dureza Brinell.，por ejemplo，HB5 / 250/30100 significa D = 5 mm、P = 250 kgf、La dureza Brinell es 100 cuando la duración de la carga es de 30 segundos.。El método de prueba de dureza Brinell solo se puede utilizar cuando la dureza no es superior a HB450。Porque un material demasiado duro deformará significativamente la bola de acero。La prueba de dureza Brinell requiere mucho tiempo。Para obtener una hendidura clara durante la medición，La muestra debe procesarse mediante preparación de la superficie y pulido.。Pruebe la dureza Brinell en las piezas mecánicas terminadas，Afectará el ensamblaje normal y el rendimiento de las piezas debido a una indentación excesiva.。Por lo tanto, el método de prueba de dureza Brinell no es adecuado para probar piezas producidas en serie.。

Dureza Brinell(media pensión)Generalmente se usa cuando el material es blando，Como metales no ferrosos、Acero antes del tratamiento térmico o después del recocido。dureza Rockwell(HRC)Se utiliza generalmente para materiales con mayor dureza.，Como la dureza después del tratamiento térmico, etc.。

Dureza Brinell(media pensión)Es una cierta cantidad de carga de prueba，Presione una bola de acero endurecido de cierto diámetro o una bola de carburo cementado en la superficie del metal a probar，Mantenga el tiempo especificado，Entonces descarga，Mida el diámetro de la muesca en la superficie probada。El valor de dureza Brinell es el cociente de la carga dividido por el área de la superficie esférica de la muesca.。Generalmente：Presione un cierto tamaño de bola de acero endurecido en la superficie del material con una cierta carga，Mantener por un tiempo，Después de descargar，Relación de carga a área de sangría，Valor de dureza Brinell(media pensión)，La unidad es kgf / mm2(N / mm2)。

La carga de prueba y el diámetro de la bola de acero de prueba deben determinarse de acuerdo con el rendimiento real del material.。

Ejemplos de métodos de etiquetado

150HBW10 / 1000/30 significa una bola de carburo cementado con un diámetro de penetración de 10 mm，Bajo la acción de la fuerza de prueba de 1000 kgf，El valor de dureza Brinell medido cuando se mantiene durante 30 s es 150

Dureza Vickers

El método de prueba de dureza Vickers fue propuesto por British Smith (R.L Smith) y C.E.Sandland (C.E.Sandland) en 1925。La empresa británica Vickers-Armstrong (Vickers-Armstrong) produjo a prueba el primer medidor de dureza probado de esta manera.。Sr. Wafu、Comparado con la prueba de dureza Rockwell，La prueba de dureza Vickers tiene un amplio rango de medición，Desde materiales más blandos hasta materiales superduros，Cubre casi todo tipo de materiales。

El principio de medición de la dureza Vickers es básicamente el mismo que el de la dureza Brinell.，El valor de dureza también se calcula en función de la carga por unidad de área de la muesca.。La diferencia es que el indentador de la prueba de dureza Vickers es una pirámide cuadrada de diamante.。Durante el examen，Bajo cierta carga，Se presiona una muesca cuadrada en forma de cono en la superficie de la muestra，Midiendo la longitud diagonal de la sangría，Dividir por el área de la superficie de la sangría.，El valor de la carga dividido por el área de la superficie es el valor de dureza de la muestra.，Expresado por el símbolo HV。Se utiliza principalmente para determinar el grado de endurecimiento por nitruración de la superficie del acero.。El penetrador utilizado en el método de medición de la dureza Vickers es una pirámide cuadrada de diamante (Figura 1)，El ángulo entre sus dos caras opuestas es 136 °，La carga tiene 5、10，20、30、50、100Fuerza kilogramo，El valor obtenido al dividir la carga por el área de la superficie de la indentación de la pirámide cuadrangular extruida se usa como el valor de dureza Vickers，Denotado como HV，cual es

Donde P es la carga；S es la longitud diagonal de la muesca (mm)；

Es el ángulo entre las dos caras opuestas del indentador de pirámide cuadrangular，

= 136 °。

El instrumento utilizado para determinar la dureza antes mencionada es ampliamente utilizado por Vickers Armstrong, Reino Unido.，Dureza Vickers。

Microdureza

Se utiliza principalmente para determinar materiales muy delgados.、Alambre fino、Dureza de piezas pequeñas de precisión (como relojes y piezas de instrumentos)，Determine la tasa de cambio de dureza de la superficie endurecida，Estudiar el cambio de dureza en un área pequeña y estudiar la dureza de diferentes fases en metales en metalografía, etc.。El método de medición es básicamente el mismo que el de la dureza Vickers.，Pero la carga es pequeña，Cuenta en gramos；El tamaño de la característica de la sangría también es pequeño，Debe medirse con un microscopio de lectura.，De ahí el nombre。1939año，La Agencia Nacional Británica de Normas ha decidido adoptar F. Nup、C. GRAMO. Peters y W. SI. El penetrador piramidal cuadrado en forma de diamante de Emerson (llamado penetrador Knoop，Ver figura 2)。La relación de la diagonal larga L y la longitud diagonal corta W de la muesca es aproximadamente 7:1，La profundidad de la sangría es de aproximadamente 1/30 de L，Por lo tanto, la longitud de la diagonal larga se puede medir con precisión incluso cuando la sangría es poco profunda.。El número de microdureza medido con el indentador de Knoop también se denomina número de dureza de Knoop.。También se permite utilizar un indentador de pirámide cuadrada de diamante ordinario de 136 ° en la medición de la microdureza. 。

El símbolo de la microdureza está representado por HM，Si usa el indentador Knoop，Entonces el número de dureza Knoop es：

Donde P está en kilogramo de fuerza；L representa la longitud diagonal larga de la muesca del diamante (mm)；CP es una constante，Su valor está relacionado con la relación de L al área proyectada de la sangría.。Si usa un indentador piramidal cuadrado de 136 °，luego

Donde P es la carga，Las cargas comúnmente utilizadas son 2、5、10、50、100、200Varios tipos；S es la longitud diagonal de la sangría cuadrada，En micrones，Medido por el microscopio de lectura en el probador de microdureza。

Dureza Leeb

La dureza Leeb se expresa en HL，La tecnología de prueba de dureza Leeb está fabricada porSuizaDilma，Inventado por el Dr. Ribe，Utiliza un cuerpo de impacto de cierta calidad equipado con rótula de bola de carburo de tungsteno，Impactar la superficie de la muestra bajo cierta fuerza，Entonces rebota。Debido a la diferente dureza del material.，La velocidad de rebote después del impacto también es diferente。El material de imán permanente está instalado en el dispositivo de impacto，Cuando el cuerpo de impacto se mueve hacia arriba y hacia abajo，Su bobina periférica induce una señal electromagnética proporcional a la velocidad，Y luego se convierte en valor de dureza Leeb a través de un circuito electrónico。

Ejemplos de métodos de etiquetado

640HV

Dureza de la orilla

Dureza de rebote，Conocido como HS。Un estándar que indica la dureza de un material.。Shaw(AlbertF.Shore)Fue propuesto en 1906 cuando se estudió el método de prueba de dureza del acero templado.。

El principio de medición del método de prueba de dureza Shore es：Use un martillo pequeño con una cabeza de diamante o una bola de acero que pese 1/12 onzas de fuerza (1 onza de fuerza equivale a 0.2780 Newtons)，Caer libremente desde una altura de 10 pulgadas，Hacer que un pequeño martillo impacte la superficie de la muestra con cierta energía cinética.。Parte de la energía cinética del martillo se convierte en trabajo de deformación plástica en la superficie de la muestra y se consume；La otra parte se transforma en energía de deformación elástica y la muestra la almacena.。La muestra libera energía cuando se recupera de la deformación elástica.，Haz que el martillo salte hacia atrás una cierta altura。Cuanto más duro sea el objeto medido, mayor será el límite elástico，La energía de deformación elástica más almacenada，El martillo salta más alto。El símbolo de la dureza de rebote es HS，Está indexado por la altura de rebote del martillo pequeño.。La dureza de rebote solo se puede comparar entre materiales con el mismo módulo de elasticidad，De lo contrario, se concluirá que el caucho es más duro que el acero.。La medición de la dureza de la indentación pertenece al método estático.，La medición de la dureza de rebote es un método dinámico.。

Dureza Barcol

Bakel(Barcol)dureza(Dureza Barcol),Primero propuesto por Barber-Colman Company，Es un tipo de categoría de dureza ampliamente utilizada en la industria moderna internacional.，Una cierta forma de pasador de presión de acero duro，Bajo la fuerza de prueba de resorte estándar，Presione en la superficie de la muestra，Determine la dureza del material con la profundidad de la hendidura del penetrador，Definir cada vez que se presiona 0,0076 mm como una unidad de dureza Barcol。Unidad de dureza Barcol expresada como HBa。

Dureza Knoop

La dureza Knoop es la dureza medida como valor absoluto.，Utilice principalmente este valor en el procesamiento。En términos generales，La dureza Knoop del diamante es 7000 ~ 8000 kg / mm2

Dureza Webster

Una cierta forma de pasador de presión de acero duro，Presione en la superficie de la muestra bajo la fuerza de prueba del resorte estándar，Determine la dureza del material con la profundidad de la hendidura del penetrador，Defina una profundidad de indentación de 0,01 mm como una unidad de dureza Webster。La unidad de dureza Webster se expresa como HW。