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            機械制造

            常州機械制造

            機械制造中所用的刀具、量具、模具等,都應具備足夠的硬度,才能保證使用性能和壽命,今天小編就和您聊一聊「硬度」相關的話題。

            硬度是衡量材料抵抗局部變形,特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。通常,材料越硬,其耐磨性越好,比如齒輪等機械零部件會要求有一定的硬度,以保證足夠的耐磨性和使用壽命。

            硬度的類型

            硬度的種類/點擊查看大圖

            如上圖,硬度原來有這么多種類型...今天為您介紹一下金屬硬度中常見的、實用的壓痕硬度試驗。

            硬度的定義

            1、布氏硬度/Brinell Hardness

            布氏硬度(符號HB)試驗方法,在已成公認規格的硬度中,是最早被開發總結出來的一種方法,它促成了其他硬度試驗方法的出現。

            布氏硬度試驗的原理為:壓頭(鋼球或硬質合金球、直徑Dmm)施加試驗力F,試樣打壓后,提升壓頭留下的凹部直徑d(mm)中計算出球壓頭與試樣的接觸面積S(mm2),除試驗力而得出的值。壓頭為鋼球時的符號為HBS、硬質合金球時為HBW。k是常數(1/g= 1/9.80665 = 0.102)。

            2、維氏硬度 /Vickers Hardness

            維氏硬度(符號HV)是可以用任意試驗力進行試驗的應用范圍最為廣泛的試驗方法,特別在9.807N以下的微小硬度領域的應用非常多。

            維氏硬度是將試驗力F(N)除以標準片與壓頭之間的接觸面積S(mm2)所得的值,該面積根據在試驗力F(N)下通過壓頭(四方錐金剛石,相對面角=136?)在標準片上形成的壓痕的對角線長度d(mm,兩個方向長度的平均值)計算。k為常數(1/g=1/9.80665)。

            3、努氏硬度/Knoop Hardness

            努氏硬度(符號HK)如以下公式所示,是通過將試驗力除以壓痕投影面積A (mm2)所計算的值,該面積根據在試驗力F通過按壓長菱形金剛石壓頭(相對邊角為172?30'和130?)在標準片上形成的壓痕的較長對角線長度d (mm)計算。

            努氏硬度也可以通過將顯微硬度試驗機的維氏壓頭替換為努氏壓頭來測量。

            4、洛氏及表面洛氏硬度 Rockwell Hardness

            洛氏硬度(符號HR)或洛氏表面硬度的測量之前,需先使用金剛石壓頭(尖端錐角:120?,尖端半徑:0.2mm)或球形壓頭(鋼球或硬質合金球)向標準片施加預加載力,然后施加試驗力,并恢復預加載力。

            該硬度值由硬度公式得出,該公式以預加載力和試驗力之間的壓痕深度h(μm)之差表示。洛氏硬度測試使用98.07N的預加載力,洛氏表面硬度測試則使用29.42N的預加載力。結合壓頭類型、試驗力和硬度公式一起提供的特定符號被稱為標尺。日本工業標準(JIS)定義了各種相關硬度標尺。

            硬度試驗機操作比較簡單迅速, 可直接在原材料或零件表面上測試,因此被廣泛應用。

            硬度試驗方法的選擇指南,供您參考:

            硬度選擇指南

            硬度選擇換算

            1.努氏硬度與維氏硬度的換算

            (1)以相同硬度的物體對努氏維氏兩種壓頭具有相等的抗力為依據,分別對維氏努氏兩種壓頭在加載荷下的應力進行推導,再根據σHK=σHV得出:HV=0.968HK。本公式是在低載荷下測得,誤差比較大。此外在硬度值大于HV900時此公式誤差很大,失去參考價值。

            (2)經過推導與修正提出努氏硬度與維氏硬度的換算公式為

            經實際數據驗證,該公式的最大相對換算誤差為0.75%,具有較高的參考價值。

            2.洛氏硬度與維氏硬度的換算

            (1)對Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式

            進行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為:

            此公式用我國公布的黑色金屬硬度標準數據進行換算,其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內,其最大誤差也僅士0.9HRC,計算的HV誤差最大為±15HV。

            (2)根據不同壓頭所受應力σHRC=σHV,通過對洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關系曲線的分析得出公式

            本公式與國家標準實驗換算值對照,換算式計算結果與標準實驗值之誤差為±0.1HRC。

            (3)根據實際的實驗數據利用線性回歸的方法對洛氏硬度與維氏硬度的換算進行探討,得出公式:

            本公式使用范圍小,誤差較大,但計算簡便,在對精度要求不高時可以使用。

            3.洛氏硬度與布氏硬度的換算

            (1)對布氏壓痕和洛氏壓痕深度關系進行分析,根據壓頭的應力σHRC=σHB得出換算公式

            計算結果與國家標準實驗值對照,換算式計算結果與標準實驗值之誤差為±0.1HRC。

            (2)根據實際實驗數據用線性回歸法得到公式

            公式誤差偏大,使用范圍偏小,但計算簡便,在對精度要求不高的情況下可以使用。

            4.布氏硬度與維氏硬度的換算

            布氏硬度與維氏硬度的關系,同樣根據σHB=σHV得出公式

            此公式換算結果與國家標準換算值對照,換算誤差為±2HV。

            5.努氏硬度與洛氏硬度的換算

            因為努氏硬度與洛氏硬度的對應曲線類似于拋物線,故由曲線得出近似的換算公式為

            此公式比較精確,可以作為使用參考。

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