Введение твердости

Введение твердости

твердость，Термины по физике，Способность материала локально сопротивляться твердым предметам, вдавленным в его поверхность, называется твердостью.。Местное сопротивление твердых тел вторжению посторонних предметов.，Это показатель для сравнения твердости различных материалов.。Из-за различных методов испытаний，Так что есть разные стандарты твердости。Различные стандарты твердости имеют разное механическое значение.，Не могут напрямую конвертировать друг друга，Но это можно сравнить экспериментально。

базовые концепции

Твердость делится на：①Твердость к царапинам。В основном используется для сравнения твердости различных минералов.，Метод заключается в выборе стержня с жестким концом и мягким концом.，Проведите тестируемый материал по полосе，Определите твердость исследуемого материала по месту царапины.。Качественно，Длинные царапины от твердых предметов，Короткие царапины на мягких предметах。②Твердость вдавливания。В основном используется для металлических материалов，Метод заключается в вдавливании указанного индентора в исследуемый материал с определенной нагрузкой.，Сравнить твердость исследуемого материала с величиной локальной пластической деформации на поверхности материала.。Из-за индентора、Разница в нагрузке и продолжительности нагрузки，Есть различная твердость вдавливания，В основном твердость по Бринеллю、Твердость по Роквеллу、Твердость по Виккерсу, микротвердость и др.。③Твердость отскока。В основном используется для металлических материалов，Метод заключается в том, чтобы специальный небольшой молоток свободно падал с определенной высоты и ударял по образцу исследуемого материала.，Твердость материала определяется количеством энергии деформации, накопленной (а затем высвобождаемой) образца во время удара (измеряется высотой отскока молотка).。

Классификация твердости

Твердость от царапин

1722год，Французский Р. -А. Ф. Де Леомир впервые предложил очень грубый тест на твердость от царапин.。Этот метод заключается в том, чтобы стеганое одеяло и материал проходили по металлическому стержню, который постепенно переходит от одного конца к мягкому.，Определите твердость испытуемого материала по расположению царапины на стержне.。1822год，Ф. Мосс использует в качестве стандарта твердость десяти минералов.，Установлено десять уровней жесткости，Твердость по Моосу。Уровни твердости десяти минералов по шкале Мооса в порядке.：Бриллиант (10)，Корунд (9)，Топаз (8)，Кварц (7)，Полевой шпат (6)，Апатит (5)，Флюорит (4)，Кальцит (3)，Гипс (2)，Тальк (1)。Среди них алмаз - самый твердый，Тальк самый мягкий。Стандарт твердости по Моосу устанавливается произвольно.，Не может быть использован для точного определения твердости материала，Например, фактическая разница в твердости между уровнем 10 и уровнем 9 намного больше, чем фактическая разница в твердости между уровнем 2 и уровнем 1.。Но эта классификация очень полезна для полевых работ минералогов.。

Твердость вдавливания

Вдавите указанный индентор в исследуемый материал с определенной нагрузкой.，Сравните твердость исследуемого материала по степени локальной пластической деформации на поверхности материала.，Чем тверже материал，Чем меньше пластическая деформация。Твердость при вдавливании находит широкое применение в инженерных технологиях.。Есть много типов инденторов，Например, стальной шар определенного диаметра、Алмазный конус、Алмазная пирамида и др.。Диапазон нагрузки составляет от нескольких граммов силы до нескольких тонн силы (т. Е. От десятков миллиньютонов до десятков тысяч ньютонов).。Твердость вдавливания также определяет продолжительность нагрузки, действующей на поверхность испытываемого материала.。Основная твердость вдавливания - твердость по Бринеллю.、Твердость по Роквеллу、Твердость по Виккерсу, микротвердость и др.。

Твердость по Роквеллу

Этот метод испытания твердости S. П. Роквелл предложил в 1919 году，Он в основном преодолевает упомянутые выше недостатки метода Бринелля.。Индентор, используемый для определения твердости по Роквеллу, представляет собой алмазный конус с углом конуса 120 ° или стальной шарик диаметром 1/16 дюйма (1 дюйм равен 25,4 мм).，И используйте глубину вдавливания в качестве основы для калибровки значения твердости.。При измерении，Общая нагрузка делится на начальную нагрузку и основную нагрузку (общая нагрузка минус начальная нагрузка) дважды.，Начальная нагрузка обычно составляет 10 кгс.，Снимите основную нагрузку после добавления к общей нагрузке，И измерьте твердость материала по глубине вдавливания в это время。Твердость по Роквеллу записывается как HR.，Измеренное значение записывается после HB.，Формула расчета значения твердости по Роквеллу:：

Где h - глубина вдавливания пластической деформации (мм)；k - заданная константа；0,002 (мм) в знаменателе - это глубина вдавливания на единицу твердости по Роквеллу.。Соответствует индентору алмазного конуса k = 0,20 (мм)，Соответствует индентору со стальным шариком k = 0,26 (мм)。

Для адаптации к чрезвычайно широкому диапазону измерения，Для изменения нагрузки и замены индентора можно использовать два метода.。Различные нагрузки и инденторы образуют разные шкалы твердости по Роквеллу.，Обычно используются линейки A、B、C три вида。Линейка B используется для металлических материалов средней твердости.，Например, отожженная низкоуглеродистая и среднеуглеродистая сталь.、латунь、Бронза и твердый алюминиевый сплав；Индентор представляет собой стальной шарик диаметром 1/16 дюйма.；Нагрузка 100 кгс。Диапазон шкалы от HRB0 до HRB100.，Стальной шар может раздавиться, если твердость выше HRB100.。Шкала C используется для материалов с твердостью выше HRB100.，Например, закаленная сталь、Различные легированные стали с закалкой и отпуском。Индентор представляет собой алмазный конус с углом при вершине 120 °.；150 кгс нагрузка。Диапазон шкалы C от HRC20 до HRC70.，Шкалы B и C - стандартные шкалы твердости по Роквеллу.。Линейка А для вольфрама、Цементированный карбид и другие твердые материалы，Также используется для закаленной тонкой стальной полосы。Алмазный индентор легко повредить из-за больших нагрузок.，Таким образом, нагрузка изменена на 60 кгс.。Шкала A - единственная шкала среди всех шкал твердости по Роквеллу, которая может использоваться в широком диапазоне твердости от отожженной латуни до твердого сплава.。

Испытание на твердость по Роквеллу использует три испытательных усилия，Три индентора，Всего 9 комбинаций，9 шкал, соответствующих твердости по Роквеллу。Применение этих 9 линейок охватывает практически все обычно используемые металлические материалы.。Чаще всего используется линейка HRC.、HRB и HRF，Шкала HRC используется для испытания закаленной стали.、Закаленная сталь、Закаленная и отпущенная сталь и немного нержавеющей стали。Это наиболее широко используемый метод определения твердости в металлообрабатывающей промышленности.。Шкала HRB используется для испытаний различных отожженных сталей.、Нормализованная сталь、Мягкая сталь、Некоторая нержавеющая сталь и более твердые медные сплавы。Шкала HRF используется для проверки чистой меди、Более мягкие медные сплавы и твердые алюминиевые сплавы。Хотя весы HRA также могут использоваться для большинства черных металлов.，Однако практические применения обычно ограничиваются испытаниями материалов из твердых сплавов и тонких полос из твердой стали.。

Испытание на твердость поверхности по Роквеллу использует три испытательных усилия，Два индентора，У них 6 комбинаций，6 шкал, соответствующих твердости поверхности по Роквеллу。Тест на твердость поверхности по Роквеллу является дополнением к тесту на твердость по Роквеллу.，При использовании теста твердости по Роквеллу，При работе с более тонкими материалами，Маленький образец，Когда поверхностный слой упрочнения неглубокий или поверхностный слой покрытия испытывается，Тест на твердость поверхности по Роквеллу。В это время используйте тот же индентор, что и при испытании на твердость по Роквеллу.，Использование испытательного усилия, которое составляет лишь часть испытания на твердость по Роквеллу，Эффективные результаты испытаний на твердость могут быть получены на указанных выше образцах.。Шкала N твердости поверхности по Роквеллу подходит для HRC, аналогичного твердости по Роквеллу.、Материалы протестированы HRA и HRD；Шкала T подходит для HRB, аналогичного твердости по Роквеллу.、Материалы протестированы HRF и HRG。

Диапазон использования шкалы HRC составляет 20 ~ 70HRC.，Когда значение твердости меньше 20HRC，Поскольку коническая часть индентора слишком сильно прижата，Пониженная чувствительность，В настоящее время следует использовать шкалу HRB вместо。Хотя верхний предел шкалы HRC составляет 70HRC，Но когда твердость образца больше 67HRC，Чрезмерное давление на кончик индентора，Алмаз легко повредить，Срок службы индентора значительно сократится，Поэтому вместо этого обычно следует использовать шкалу HRA.。

Диапазон использования шкалы HRA составляет 20-88HRA.，Следующее соотношение преобразования можно получить из американского стандарта ASTME140.：

27HRA≈30HRB

60HRA≈100HRB≈20HRC

85.6HRA≈68HRC

видимый，Диапазон испытаний покрытий шкалы HRA из мягкой стали (HRB)、Диапазон твердости от твердой стали (HRC) до твердого сплава。тем не мение，Фактически, весы HRA редко используются для проверки низкоуглеродистой стали.，В основном используется для испытания тонкой твердой стали、Сталь для глубокой науглероживания и твердый сплав。Из цементированного карбида，Благодаря техническому прогрессу，Некоторые материалы достигли твердости 93-94HRA.，Это выходит за рамки стандарта。Инжиниринг за пределами высокотехнологичного диапазона измерений HRA стал практикой。Линейка HRA имеет особое назначение。При испытании стальных образцов твердомером по Роквеллу，Если вы не знаете, из низкоуглеродистой или твердой стали образец，Вы можете сначала протестировать его с помощью линейки HRA，Когда значение твердости меньше 60HRA, вместо нее можно использовать шкалу HRB.，Когда значение твердости превышает 60HRA, вместо нее можно использовать шкалу HRC.。

Диапазон использования линейки HRB составляет 20 ~ 100HRB.，Когда значение твердости ниже 20HRB，Поскольку глубина вдавливания стального шара слишком велика，Повышенная ползучесть металла，Время деформации образца под действием испытательной силы увеличивается.，Пониженная точность тестовых значений，Вместо этого следует использовать шкалу HRF.。Когда значение твердости больше 100HRB，Потому что стальной шарик слишком неглубокий，Пониженная чувствительность，Пониженная точность，Вместо этого следует использовать шкалу HRC.。При использовании линейки HRB для испытания стальных образцов，Особо примечательным местом является：Когда заранее неизвестно, является ли образец из мягкой стали или из твердой стали.，Никогда не используйте шкалу HRB для тестирования，Поскольку стальной шариковый индентор ошибочно измерил закаленную сталь，Стальной шар может деформироваться，Повреждение шарикового индентора.，Это основная причина повреждения индентора со стальным шариком.。В этом случае сначала следует использовать алмазный индентор.，Проверьте это с помощью линейки HRA，Затем решите, использовать ли HRB или HRC.。

Диапазон использования шкалы HRF составляет 60 ~ 100HRF.。Правитель HRF - правитель, который больше используется за границей，Это хороший метод обнаружения для тестирования чистой меди и более мягких медных сплавов.。Но в нашей стране，Также не хватает стандартных блоков твердости.，Его применение также ограничено。

Шкала HRG подходит для материалов со значением HRB, близким к 100.，Для бериллиевой бронзы、Фосфорная бронза、Ковкий чугун Эти материалы, твердость которых находится в диапазоне от верхнего предела шкалы HRB до нижнего предела шкалы HRC.，Если перейти на линейку HRG，Может значительно улучшить чувствительность теста，Повышение точности тестирования。

Другой

1.HRC означает шкалу твердости C по Роквеллу，

2.HRC и HB широко используются в производстве.

3.Область применения HRC HRC20-67，Эквивалент HB225－－650

Если твердость выше этого диапазона, используйте шкалу твердости A по Роквеллу HRA.。

Если твердость ниже этого диапазона, используйте шкалу твердости B по Роквеллу HRB.。

Верхний предел твердости по Бринеллю HB650 не может быть выше этого значения.。

4.Индентор шкалы C твердомера по Роквеллу представляет собой алмазный конус с углом при вершине 120 градусов.，Тестовая нагрузка - это определенная величина，Китайский стандарт - 150 кгс.。

Индентор твердомера по Бринеллю представляет собой шарик из закаленной стали (HBS)Или шарик из твердого сплава (HBW)，Испытательная нагрузка зависит от диаметра мяча.，От 3000 до 31,25 кгс。

5.Отступ твердости по Роквеллу небольшой，Измеренное значение является локальным，Необходимо измерить количество баллов для усреднения，Применимые готовые изделия и листы，Классифицируется как неразрушающий контроль。

Большое отпечаток твердости по Бринеллю，Стандарт измеряемой величины，Не подходит для готовой продукции и хлопьев，Обычно не классифицируется как неразрушающий контроль。

6.Твердость по Роквеллу - неизвестное число，Нет единицы。(Следовательно, говорить о твердости по Роквеллу некорректно.。)

Значение твердости по Бринеллю имеет единицы измерения，И это имеет некоторую приблизительную зависимость от прочности на разрыв.。

7.Твердость по Роквеллу отображается прямо на циферблате、Цифровой дисплей，Простота в эксплуатации，Быстро и интуитивно понятно，Подходит для массового производства。

Для определения твердости по Бринеллю требуется микроскоп для измерения диаметра отпечатка.，Затем посмотрите таблицу или рассчитайте，Операция громоздкая。

8.При определенных условиях，HB и HRC могут быть заменены справочными таблицами。Его формулу мысленных вычислений можно примерно записать как：1HRC≈10HB。

Твердость по Бринеллю

Твердость по Бринеллю - шведский инженер Я. А. Бриннель предложил в 1900 году。Он широко используется в машиностроении, особенно в машиностроении и металлургической промышленности.。Метод измерения твердости по Бринеллю заключается в использовании заданной нагрузки P，Вдавите стальной шарик диаметром D в поверхность исследуемого материала.，Удалить через указанное время，Используйте значение нагрузки (кгс，1Отношение килограммовой силы, равной 9,80665 Ньютону, к площади вдавливания (квадратный миллиметр) определяет величину твердости.。Формула расчета твердости по Бринеллю HB:：

Где d - диаметр отпечатка。

1908Немецкая компания E. Мейер указал，Чтобы стальные шары разного диаметра измеряли одинаковую твердость одного и того же материала，Вам нужно изменить значение нагрузки，Сохраняйте геометрически одинаковые отступы，Аналогичные условия есть：

Где P1、D1 и P2、D2 - значение нагрузки и диаметр стального шарика в двух наборах условий измерения соответственно.。

Если D = 10 мм，P = 3000 кгс，Продолжительность нагрузки 10 секунд，Тогда число твердости можно записать сразу после символа твердости по Бринеллю.，Например, HB250。Для других условий измерения，Условия должны быть написаны строчными буквами после символа твердости по Бринеллю.，например，HB5 / 250/30100 означает D = 5 мм、Р = 250 кгс、Твердость по Бринеллю составляет 100 при продолжительности нагрузки 30 секунд.。Метод испытания на твердость по Бринеллю можно использовать только при твердости не выше HB450.。Поскольку слишком твердый материал значительно деформирует стальной шарик。Проверка твердости по Бринеллю занимает много времени。Чтобы получить четкое вдавливание во время измерения，Образец необходимо обработать путем подготовки поверхности и полировки.。Проверьте твердость по Бринеллю на готовых механических деталях.，Повлияет на нормальную сборку и работу деталей из-за чрезмерного вдавливания。Следовательно, метод определения твердости по Бринеллю не подходит для испытания деталей серийного производства.。

Твердость по Бринеллю(HB)Обычно используется, когда материал мягкий，Такие как цветные металлы、Сталь до термообработки или после отжига。Твердость по Роквеллу(HRC)Обычно используется для материалов с более высокой твердостью，Такие как твердость после термической обработки и т. Д.。

Твердость по Бринеллю(HB)Определенный объем тестовой нагрузки，Вдавите шарик из закаленной стали или твердого сплава определенного диаметра в поверхность испытываемого металла.，Соблюдайте указанное время，Затем разгрузить，Измерьте диаметр отпечатка на тестируемой поверхности.。Значение твердости по Бринеллю - это отношение нагрузки к площади сферической поверхности отпечатка.。В общем-то：Вдавите шарик из закаленной стали определенного размера в поверхность материала с определенной нагрузкой.，Держите какое-то время，После разгрузки，Отношение нагрузки к площади вдавливания，Значение твердости по Бринеллю(HB)，Единица измерения кгс / мм2.(Н / мм2)。

Испытательная нагрузка и диаметр испытательного стального шарика необходимо определять в соответствии с фактическими характеристиками материала.。

Примеры методов маркировки

150HBW10 / 1000/30 означает шарик из цементированного карбида с диаметром индентора 10 мм.，Под действием испытательной силы 1000 кгс，Значение твердости по Бринеллю, измеренное при выдержке в течение 30 с, составляет 150

Твердость по Виккерсу

Метод определения твердости по Виккерсу был предложен Бритиш Смит (R.L.Smith) и С.Е. Сэндленд (C.E.Sandland) в 1925 г.。Британская компания Виккерс-Армстронг (Vickers-Armstrong) произвела опытное производство первого твердомера, испытанного таким образом.。Г-н Вафу、По сравнению с испытанием на твердость по Роквеллу，Испытание на твердость по Виккерсу имеет широкий диапазон измерений，От более мягких материалов до сверхтвердых материалов，Охватывает практически все виды материалов。

Принцип измерения твердости по Виккерсу в основном такой же, как и твердость по Бринеллю.，Значение твердости также рассчитывается исходя из нагрузки на единицу площади отпечатка.。Разница в том, что индентор теста твердости по Виккерсу представляет собой квадратную пирамиду из алмаза.。Во время теста，Под определенной нагрузкой，На поверхности образца вдавлен квадратный конус.，Измерение диагональной длины отпечатка，Разделите на площадь отпечатка，Значение нагрузки, деленное на площадь поверхности, является значением твердости образца.，Обозначается символом HV。В основном используется для определения степени поверхностного азотирования стали.。Индентор, используемый в методе измерения твердости по Виккерсу, представляет собой ромбовидную квадратную пирамиду (рисунок 1).，Угол между двумя противоположными гранями составляет 136 °.，Нагрузка имеет 5、10，20、30、50、100Килограмм сила，Значение, полученное путем деления нагрузки на площадь поверхности вдавливания выдавленной четырехугольной пирамиды, используется в качестве значения твердости по Виккерсу.，Обозначается как HV，который

Где P - нагрузка；S - длина диагонали углубления (мм)；

Угол между двумя противоположными гранями индентора четырехугольной пирамиды，

= 136 °。

Прибор, используемый для определения вышеупомянутой твердости, широко используется компанией Vickers Armstrong, Великобритания.，Твердость по Виккерсу。

Микротвердость

В основном используется для определения очень тонких материалов、Тонкая проволока、Твердость мелких прецизионных деталей (например, часов и деталей инструментов)，Определите скорость изменения твердости закаленной поверхности.，Изучите изменение твердости на небольшой площади и изучите твердость различных фаз в металлах в металлографии и т. Д.。Метод измерения в основном такой же, как и твердость по Виккерсу.，Но нагрузка небольшая，Считайте в граммах；Размер отступа также невелик，Необходимо измерить с помощью считывающего микроскопа，Отсюда и название。1939год，Британское национальное агентство по стандартам решило принять F. Nup、С. ГРАММ. Петерс и В. Б. Индентор квадратной пирамиды в форме ромба Эмерсона (так называемый индентор Кнупа)，См. Рисунок 2)。Отношение длинной диагонали L к длине короткой диагонали W отпечатка составляет около 7:1，Глубина вдавливания составляет около 1/30 L，Следовательно, длину длинной диагонали можно точно измерить, даже если углубление неглубокое.。Число микротвердости, измеренное с помощью индентора Кнупа, также называется числом твердости Кнупа.。Допускается также использование обычного алмазно-квадратного пирамидального индентора 136 ° для измерения микротвердости. 。

Обозначение микротвердости - HM.，При использовании индентора Кнупа，Тогда число твердости по Кнупу равно：

Где P в килограммах силы；L представляет собой длинную диагональ алмазного углубления (мм)；CP - постоянная，Его значение связано с отношением L к площади проекции отпечатка.。Если вы используете индентор с квадратной пирамидой 136 °，затем

Где P - нагрузка，Обычно используемые нагрузки - 2、5、10、50、100、200Несколько видов；S - длина диагонали квадратного углубления.，В микронах，Измеряется считывающим микроскопом на микротвердомере。

Твердость по Leeb

Твердость по Leeb выражается в HL.，Технология испытания твердости Leeb производитсяШвейцарияДилма，Изобретено доктором Рибе，Он использует ударный корпус определенного качества, оснащенный шаровой головкой из карбида вольфрама.，Ударьте по поверхности образца с определенной силой.，Тогда подпрыгивай。Из-за разной твердости материала，Скорость отскока после удара тоже разная.。На ударное устройство установлен материал постоянного магнита.，Когда ударное тело движется вверх и вниз，Его периферийная катушка индуцирует электромагнитный сигнал, пропорциональный скорости，А затем преобразуется в значение твердости по Leeb через электронную схему。

Примеры методов маркировки

640HV

Твердость по Шору

Твердость отскока，Именуется HS。Стандарт, указывающий твердость материала。Шоу(Альберт Ф. Шор)Он был предложен в 1906 г. при изучении метода определения твердости закаленной стали.。

Принцип измерения твердости по Шору:：Используйте небольшой молоток с алмазной головкой или стальной шарик весом 1/12 унции (сила в 1 унция равна 0,2780 Ньютона).，Свободно падать с высоты 10 дюймов，Ударьте небольшим молотком по поверхности образца с определенной кинетической энергией.。Часть кинетической энергии молота преобразуется в работу пластической деформации на поверхности образца и расходуется；Другая часть преобразуется в энергию упругой деформации и сохраняется в образце.。Образец выделяет энергию, когда восстанавливается после упругой деформации.，Заставьте молот отскочить на определенную высоту。Чем тверже измеряемый объект, тем выше предел упругости，Больше накопленной энергии упругой деформации，Молот прыгает выше。Символ жесткости отскока - HS.，Он индексируется высотой отскока маленького молотка.。Твердость отскока можно сравнивать только между материалами с одинаковым модулем упругости.，В противном случае будет сделан вывод, что резина тверже стали.。Измерение твердости при вдавливании относится к статическому методу.，Измерение жесткости отскока - динамический метод.。

Твердость по Барколу

Бакель(Barcol)твердость(Твердость по Барколу),Впервые предложено компанией Barber-Colman.，Это разновидность категории твердости, широко используемой в современной международной практике.，Определенная форма нажимного штифта из твердой стали，Под стандартной силой испытания пружины，Вдавите в поверхность образца，Используйте глубину вдавливания индентора для определения твердости материала.，Определите каждый раз при нажатии 0,0076 мм в качестве единицы твердости по Барколу.。Единица жесткости по Барколу, выраженная как HBa.。

Твердость по Кнупу

Твердость по Кнупу - это твердость, измеренная как абсолютное значение.，В основном используйте это значение при обработке。вообще говоря，Твердость алмаза по Кнупу составляет 7000 ~ 8000 кг / мм2.

Твердость Вебстера

Определенная форма нажимного штифта из твердой стали，Вдавите образец в поверхность под испытательным усилием стандартной пружины.，Используйте глубину вдавливания индентора для определения твердости материала.，Определите глубину вдавливания 0,01 мм в качестве единицы твердости по Вебстеру.。Единица твердости Вебстера выражается как HW.。