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    各類硬度計計算

    2014-08-09 16:08:59
    各類硬度計計算
    布氏硬度
    1.測試用壓頭：直徑為D的鋼球或硬質合金球；
    2.適用范圍：對金屬來講，只適用于測定退火、正火、調質鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。
    3.優(yōu)點：測量誤差小，數據穩(wěn)定；
    4.缺點：壓痕大，不能用于太薄件或成品件。
    5、布氏硬度計HBE-3000外形設計上美觀大方，有使用簡單方便，免計算查表等特點方便了廣大用戶的使用。布氏硬度試驗是所有硬度試驗中壓痕*大的一種試驗法，它能反映出材料的綜合性能，不受試樣組織顯微偏析及成分不均勻的影響，所以它是一種精度較高的硬度試驗法。
    布氏硬度計HBE-3000技術參數：
    總試驗力（N）：612.5,980,1225
    布氏硬度試驗（N）：1837.5,2450,4900,7350,9800,14700,29400
    硬度測量范圍：8-650HBW（硬質合金鋼球）
    顯微鏡放大倍率：20X
    試件允許*大高度（mm）：220
    壓頭中心到機身距離（mm）：135
    布氏硬度計電源電壓：AC220V/50HZ
    洛氏硬度
    1.洛氏硬度的分類及適用范圍：根據壓頭的材料及壓頭所加的負荷不同，洛氏硬度可分為：HRA、HRB、HRC。HRA 適用于測量硬質合金、表面淬火層或滲碳層；HRB 適用于測量有色金屬和退火、正火鋼等；HRC 適用于調質鋼、淬火鋼等。
    2.洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡單、壓痕小、適用范圍廣；
    3.洛氏硬度的缺點：測量結果分散度大。
    4、洛氏硬度計R(D)-150A1是一款手動加卸試驗力的洛氏硬度計，適用黑色金屬、有色金屬的洛氏硬度測定。廣泛適用于工廠車間和計量部門。
    洛氏硬度計R(D)-150A1技術參數：
    初試驗力（N）：98
    總試驗力（N）：588,980,1471
    硬度示值讀數方式：表式
    試件允許*大高度（mm）：170
    壓頭中心到機身距離（mm）：140
    硬度測試范圍：
    （20-88）HRA
    （20-100）HRB
    （20-70）HRC
    維氏硬度
    1.測試用壓頭：金剛石四方角錐體，所加負荷較�。�
    2.維氏硬度的優(yōu)點：保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點，既可測量由極軟到極硬的材料的硬度，又能相互比較。
    3.維氏硬度計HVC-5A1是手動型維氏硬度計，而HVC-5D1型是自動轉塔硬度計。本機采用高倍率光學測量系統(tǒng)，目鏡鼓輪一次讀數�？蓽y定鋼、有色金屬、IC薄片、薄塑料、金屬薄片、涂層、表面覆層、層壓金屬、熱處理碳化層和淬火硬化層的深度與硬度梯度。
    維氏硬度計HVC-5A1內置硬度計算器，可通過輸入壓痕對角線長度，直接在LCD屏幕上顯示硬度值。
    維氏硬度計HVC-5A1技術參數：
    顯微硬度標尺：HV0.2,HV0.5,HV1.0,HV2.0,HV3.0,HV5.0
    顯示：保持時間，硬度值，試驗力
    試驗力（kgf):0.2 - 0.5 - 1.0 - 2.0 - 3.0 - 5.0
    加載控制：自動（加載/保持/卸載）
    試驗力保持時間（s):1～99
    試驗力選擇：外置式選力旋鈕，試驗力顯示在LCD屏上
    物鏡：10×，20×
    目鏡放大倍數：10×
    總放大倍數（μm):100×，200×
    測量范圍（μm):400
    分辨率（μm):0.5
    測量范圍：（5-3000)HV
    XY試臺尺寸（mm):100×100
    行程范圍（mm):25×25
    *小讀數（mm):0.01
    試件*大高度（mm）：85
    試件*大寬度（mm):120（從壓頭中心線至機壁距離）
    輸出：內置式微打（選配）、RS232串行接口
    維氏硬度計電源電壓：AC220V/50HZ
    所有的硬度計都不具備防水功能，請注意！
    努氏硬度
    努氏（Knoop）硬度試驗基本原理是將兩長棱夾角為172°30’、 短棱夾角為130°的底面為菱形的金剛石四棱錐體壓頭（圖3.2-1），在一定的試驗力作用下壓入試樣表面，保持一定的時間后，卸除試驗力，測量壓痕長對角線的長度，如圖3.2-2所示，以試驗力除以壓痕投影面積所得的商表示努氏硬度值。
    換算公式
    1.洛式硬度（HRC)= 勃式硬度（BHN)/10-3
    硬度測定范圍：
    HS<100
    HB<500
    HRC<70
    HV<1300
    硬度是衡量材料軟硬程度的一個性能指標。是反映材料的彈性、塑性、強度和韌性等的一種綜合性能指標。
    實踐證明：硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。
    布氏硬度HB ：
    布式硬度上限值HB650，不能高于此值。
    布氏硬度計之壓頭為淬硬鋼球HBS或硬質合金球HBW，試驗載荷隨球直徑不同而不同，從3000到31.25公斤力。
    布式硬度壓痕較大，測量值準，不適用成品和薄片，一般不歸于無損檢測一類。
    布式硬度值有單位，且和抗拉強度有一定的近似關系。
    布式硬度需要用顯微鏡測量壓痕直徑，然后查表或計算。
    洛氏硬度HRA，HRB，HRC：
    HRB，HRC、.洛氏硬度計C標尺之壓頭為頂角120度的金剛石圓錐，試驗載荷為一確定值，中國標準是150公斤力。
    洛式硬度壓痕很小，測量值有局部性，須測數點求平均值，適用成品和薄片，歸于無損檢測一類。
    洛式硬度值是“無名數”，沒有單位。因此習慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。
    維氏硬度HV：
    橡膠塑料邵氏硬度HA,HD等硬度其值表示材料表面抵抗堅硬物體壓入的能力。
    里氏硬度Hl、肖氏硬度HS則屬于回跳法硬度試驗，其值代表金屬彈性變形功的大小，而是反映材料的彈性、塑性、強度和韌性等的一種綜合性能指標。
    1.HRC含意是洛式硬度C標尺，
    3.HRC適用范圍HRC 20--67，相當于HB225--650
    若硬度高于此范圍則用洛式硬度A標尺HRA。
    若硬度低于此范圍則用洛式硬度B標尺HRB。
    在熱處理行業(yè)中里氏硬度計的實際應用
    熱處理是提高和保證機械產品質量及可靠性、提高制造業(yè)市場競爭力的重要基礎之一，其行業(yè)水平的高低對制造業(yè)發(fā)展起著舉足輕重的作用。中國的熱處理行業(yè)除了少數廠家外，總體水平遠不能適應加入WTO后熱處理行業(yè)面臨的更激烈的市場競爭環(huán)境。在這其中，中國的熱處理檢測設備更為落后。嚴重的限制和阻礙了工藝技術的發(fā)展和造成產品質量的不穩(wěn)定，更重要的是不能有效的防止產品出現不必要的質量事故。下面我就機械零件、工模具熱處理后*常用的硬度測試來舉例。
    硬度是衡量金屬材料軟硬的一個指標，硬度值實際上不是一個單位的物理量，它是表征著材料的彈性、塑性、形變、強化率、強度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指標，一般可以認為硬度是指金屬表面上不大體積內抵抗變形破裂的能力。采用便攜式里氏硬度計進行硬度檢測的實用價值在于不必破壞工件并可成批檢驗零件，已成為產品質量檢查、制定合理工藝和分析產品質量的重要實驗方法之一。
    根據對里氏硬度計的使用狀況與使用方式，里氏硬度計是壓入和回跳硬度值組合的一種測試方式，從結構上有它獨特而又廣泛的實用性，尤其是測試大中型尺寸而且形狀復雜的工件及工模具的硬度值與失效分析，具有其他類型硬度計不可替代的優(yōu)勢。
    結構件及模具檢測實際使用情況
    一、用里氏硬度計測試硬度來分析、驗證大型齒軸、內齒圈預處理工藝及滲碳淬火工藝的方法：
    1、預處理工藝后測試
    這道工藝操作后的質量直接影響滲碳工藝操作后齒軸、內齒圈滲碳層硬度分布的均勻性、齒部的變形量。更重要的是芯部的強度（未滲層）。當用里氏硬度計測試齒軸的齒部及柄部、內齒圈的外圓內徑及端面，如果發(fā)現測試的同一區(qū)域硬度*高和*低的相差較大，在審查儀表爐溫、裝爐方式、工藝冷卻方式都正常的前提條件下，就可根據硬度值高低差值及分布的狀況，推斷出工件內組織存在著偏析或帶狀組織。如金相圖片顯示的帶狀偏析
    因為用硬度法測試的實況是測試點在黑色的珠光體帶硬度偏高，在白色鐵素體帶硬度偏低。這種組織缺陷在隨后的滲碳淬火工藝操作中是不可能消除，而是被保留下來。一旦大型齒軸、內齒圈存在這種組織缺陷，在裝機使用時不僅會造成使用壽命短的問題，而且常造成重大設備事故。當我們通過測試硬度法可推斷出鍛件中有這種帶狀偏析后，立即采用固溶處理工藝操作或其他消除帶狀偏析的工藝即可消除缺陷，從而防止設備事故的發(fā)生、減少損失。
    2、滲碳工藝后測試
    這道工藝氏齒軸與內齒圈的*終熱處理工藝，通常檢驗人員只對試樣測試HRC硬度，
    然后再切開試樣做金相分析：滲層馬氏體級別、碳化物級別、形態(tài)分布、殘余奧氏體量形態(tài)、心部馬氏體級別，再用顯微硬度計測試滲層從表層至HV550硬度為深層深度以上操作作為終檢。但從現場發(fā)生齒軸早期失效斷軸，齒部嚴重磨損的事故分析中發(fā)現，實物的硬度低于試樣的硬度，尤其常常出現在深層滲碳時，原因是實物齒軸、內齒圈與試樣不是同塊料上截取下來的，也不是同一爐所做的預處理。這樣在實物與試樣滲前原始組織不同，滲后的組織與硬度有一定差異，更主要的是在整個滲碳工藝操作中，由于工件的擺放及滲碳表面積巨大的差異（化學熱處理吸收過程的相界面反應及主要因素中有一條滲入介質各組分的濃度與工件表面狀態(tài)、表面形狀、表面積大小及表面能量對化學熱處理過程有極其重要的影響）把里氏硬度計測試出的硬度與試樣上洛氏硬度計及顯微硬度計測試出的硬度相比較、加之對試樣滲層的金相組織分析結合起來，就可較快而準確的找出產生質量問題的原因。加之作必要的工藝調整，可在工件組裝前就把事故隱患消除。
    二、用里氏硬度計測試硬度來分析、驗證中大型復雜結構模具工藝，
    這是一支用馬氏體不銹鋼所制作的飼料模具，主要用于生產飼料。模具上有10000～27000個孔，每小時有10噸的混合飼料粉狀物從�？讌^(qū)擠出成為顆粒狀。所以環(huán)模質量與使用壽命的關鍵控制點是環(huán)模上�？讌^(qū)的硬度與滲層。以下是�？啄p的實物圖片：
    由于模具尺寸大，而且模孔分布在外圓上，測試點是個曲面，孔與孔之間的間距一般有3～4mm，在這種條件下正好發(fā)揮了里氏硬度計的多樣適用性與小巧攜帶方便的特點，能夠準確的測試出�？滋帉嶋H硬度。根據實測的硬度以及對試塊所作的金相分析，可更合理的修正和制定工藝，充分發(fā)揮材料潛力，提高使用壽命。如環(huán)模一小時出10噸飼料，當延長10小時使用壽命就可出100噸飼料，會給企業(yè)帶來巨大的經濟效益。
    三、工模具失效分析中里氏硬度計的作用
    材質5CrMnMo大型熱鍛模具在使用中常因為型腔早期磨損、塌陷而失效。
    當用里氏硬度計對磨損區(qū)測試硬度時發(fā)現磨削的硬度值低于未使用前測試的硬度（38～42HRC）在32～34HRC范圍。這就說明在紅熱的毛坯（>10000C）對型腔加熱的第二階段（毛坯在型腔加熱大體可分為四個階段），受熱量大約在80%～85%時，因模腔壁厚散熱慢，某些點區(qū)溫度高達6500C以上。當模具型腔因傳導受熱后溫度超過模具回火溫度，模具在工作過程中是處在繼續(xù)回火過程階段，將繼續(xù)發(fā)生組織與性能的變化，就造成了磨損區(qū)硬度值的降低而發(fā)生熱磨損，就表明5CrMnMo這種熱作模具鋼不適宜做大型模具。當選用600～6500C溫區(qū)內服役的熱作模具如3Cr2W8V，3Cr3Mo3VNb這類熱穩(wěn)定性、熱強性、屈服強度的熱作模具鋼比采用5CrMnMo更適宜。
    在中國這個工業(yè)化進程還遠沒有完成的情況下，迫切需要努力縮短與國際先進制造水平的差距，作為企業(yè)必須從戰(zhàn)略高度上來認識到熱處理行業(yè)，不僅從設備、工藝，尤其是檢測設備急需要不斷吸取國內外新技術，更要看在熱處理企業(yè)中實際生產應用的情況。這才是一個非常明智的舉措，因為在加入WTO后按世貿規(guī)則有五年過渡期，對中國制造業(yè)而言，這是一個非常關鍵的時期，之所以說是關鍵是因為過渡期后中國制造業(yè)企業(yè)基本上將處于國外大公司同等競爭地位，而且在這過渡期中，我們尚可充分準備提升競爭力，所以這是對企業(yè)非常緊迫的要求。
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