显微硬讲解.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,硬度：,金属材料抵抗局部变形,特别是抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力。也是衡量金属软硬程度的判据。,主 要 内 容,1,、硬度的特点及应用,2,、布氏硬度测试,3,、洛氏硬度测试法,4,、维氏硬度测试法,5,、显微硬度测试法,硬度试验的特点及应用,试样制备简单，可在各种不同尺寸的试样上进行试验，试验后试样基本不受破坏；,设备简便，操作方便，测量速度快；,测量范围大,:,可大,(,多晶体,),可小,(,单个晶粒、表面渡层、手表内部小零件等,),、可软可硬各种金属件都可做硬度试验；,硬度与强度之间有近似的换算关系，根据测出的硬度值就可以粗略地估算强度极限值,(,如碳钢,b0.36HB),。,测定材料的硬度,定性分析材料的组织、性能,;,测定脱碳层深度,;,定性分析夹杂物性质,组成相的性质等。,2.,洛氏硬度测定法,2.1,洛氏硬度的测量原理,用顶角为,120,的金刚石圆锥或,为,1.588mm,的淬火钢球为压头,在规定载荷（初载荷及主载荷）的作用下压入材料表面,经规定保持时间后,卸除主试验力，根据压痕深度来确定硬度值。图,1,表示了洛氏硬度的测量原理。,图,1.,洛氏硬度试验原理示意图,0-0,：未加载荷，压头未接触试件时的位置。,1-1,：压头在预载荷,P,0,(98.1N),作用下压入试件深度为,h,0,时的位置。,h,0,包括预载所引起的弹形变形和塑性变形。,2-2,：加主载荷,P,1,后，压头在总载荷,P=P,0,+P,1,的作用下压入试件的位置。,3-3,：去除主载荷,P,1,后仍保留预载荷,P,0,时压头的位置，压入深度为,h,1,。由于,P,1,所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了,h,，主载荷引起的塑性变形深度为,:h=h,1,-h,0,h,值越大，试件越软，,h,值越小，试件越硬。,为适应数值越大硬度越高的概念，用一常数,K,减去,h,表示硬度的高低。并规定每,0.002mm,为一个洛氏硬度单位，用符号,HR,表示，则：,测量值直接在表盘上读出。,用金刚石圆锥压头时，常数,K,为,0.2mm,，硬度值由黑色表盘表示,;,用钢球,(=1.588mm),压头时，常数,K,为,0.26mm,，硬度值由红色表盘表示,.,为了扩大洛氏硬度的测量范围，可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标尺的洛氏硬度。洛氏硬度共有,15,种标尺供选择，它们分别为：,HRA,，,HRB,，,HRC,，,HRD,，,HRE,，,HRF,，,HRG,，,HRH,，,HRK,，,HRL,，,HRM,，,HRP,，,HRR,，,HRS,，,HRV,；表面洛氏硬度标尺：,HR45N,、,HR30N,、,HR15N,和,HR45T,、,HR30T,、,HR15T,。其中常用的几种标,尺,见表,1,。,标度,符号,压头,总载荷,N(kg),表盘上,刻度颜色,常用硬度,值范围,应用举例,HRA,金刚石圆锥,588.6(60),黑色,7085,碳化物、,硬质合金、,表面淬火钢,等,HRB,1.588mm,钢球,981(100),红色,25100,软钢、退火钢、铜合金,HRC,金刚石圆锥,1471.5,(150),黑色,2067,淬火钢、调质钢,等,HRD,金刚石圆锥,981(100),黑色,4077,薄钢板、中等厚度的,表面硬化工件,HRE,3.175mm,钢球,981(100),红色,70100,铸铁、铝、镁合金、,轴承合金,HRF,1.588mm,钢球,588.6(60),红色,40100,薄板软钢、退火铜合金,HRG,1.588mm,钢球,1471.5,(150),红色,3194,磷青铜、铍青铜,HRH,3.175mm,钢球,588.6(60),红色,铝、锌、铅,表,1.,各种洛氏硬度值的符号及应用,2.2,洛氏硬度测定的优缺点,优点,:,操作简便、迅速，适宜大生产；,压痕小，适宜测成品；,适用范围广，从极软到极硬、从极薄到极硬的材料都能测定。,缺点：,不同标尺硬度值之间不能相互比较；,对粗大组织的金属不适用,。,硬度表示法如：,38HRC,、,48HR30N,、,68HR30T,等。,金属洛氏试验执行的现行标准为：,GB/T 230.1,2004,金属洛氏硬度试验 第,1,部分：试验方法,洛氏硬度实验过程,1,、试验前的准备（参数设定）,按,RESET,键清零；,将选好的压头安装好；,设预载力；,设总载荷；,设定标尺：按,D/B,键，使力、压头、标尺一致；,设定保荷时间：键,DW TIME,与,DEC,或,INC,键配合，按,SET,键输入；此时显示标尺与,0.0;,用标准块校验，示值误差应符合标准。,2,、试验过程,放好试样，实验点对准压头；,顺时转动转盘使试样紧密接触压头，使预载力指示灯依次点亮，直至,“,SET,”,灯亮，,约,1s,后自动进行后续过程；,显示标尺与硬度值供记录；,设备复原位。,注意事项,试样表面要平滑干净；,试样或试验层最小厚度不小于金刚石压头,h,的,10,倍或钢球压头,h,的,5,倍；,试验后试样背面不得有肉眼可见的变形痕迹；,3.,布 氏 硬 度 测 试 法,3.1,布氏硬度的测量原理,加载荷,P,使直径为,D,的淬火钢球压头压入试件表面并保持一定时间，去载后，测量压痕直径,d,，算出压痕面积,F,，,P/F,即为布氏硬度，用符号,HB,表示。布氏硬度的测量原理如图,2,所示。,图,2.,布氏硬度试验原理示意图,式中：,P,测试用的载荷,(kg),；,D,压头钢球的直径,(mm),；,d,压痕直径,(mm),；,F,压痕面积,(mm,2,).,测出,d,查表即可得,HB,值,公式,压头直径有,2.5mm,，,5mm,，,10mm,三种,;,载荷有,15.6kg,、,62.5kg,、,182.5kg,、,250kg,、,750kg,、,1000kg,、,3000kg,七种,;,材料的软硬不同要配合使用。为了在不同直径的压头和不同载荷下进行测试时，同一种材料的布氏硬度值相同。,D,与,P,之间要满足相似原理。,如图,3,所示。,图,3.,不同直经的钢球压头产生在几何上相似的压头,推倒得出,:,只要使,P/D,2,为一常数，就可使保持不变，从而保持了几何形状相似的压痕。,只要满足,P/D,2,为常数，则同一材料测得的,HB,值是相同的。且不同材料测得的,HB,值也可进行比较。,国家标准规定,P/D,2,的比值为,30,、,10,、,5,三种。,实验规范见表,2,式中,:A,为常数,表,2,布氏硬度的实验规范,金属,类型,布氏硬度范围,HB,试件厚度,mm,载荷,P,与压头,直径,D,的关系,钢球直径,D,mm,载荷,P,kg,载荷保持,时间，,s,黑色,金属,140150,63,43,2,P=30D,2,10,5.0,2.5,3000,750,187.5,10,6,63,130,63,43,2,P=30D,2,10,5.0,2.5,3000,750,187.5,30,36130,9-3,63,6,63,175,Rm0.343HB10MN/m,2,Rm0.362HB10MN/m,2,铸铝合金,Rm0.26HB10MN/m,2,退火黄铜、青铜,Rm0.55HB10MN/m,2,冷加工后黄铜、青铜,Rm0.40HB10MN/m,2,表,3.,布氏硬度与抗拉强度的关系,缺点,由于压痕大,只宜测半成品,;,不宜测太薄，太软、太硬（,0.25Dd0.6D,）,的材料；,对不同材料和厚度的试样需更换压头和试验力，测压痕直径费时，还得查表，所以效率低。,3.4,设备操作,设备名称：,KB3000BVRZ,万能硬度计,:,配备了布氏、维氏与洛氏硬度测量模块。主要用于不同载荷范围的布氏硬度测定。,试验标准：,GB 231.1,2002,金属布氏硬度试验 第,1,部分：试验方法。,设备操作,试样准备；,下移载物台预留足够安全空间，完成自检后按,Enter,或,F1,进入测试界面；,选择载荷、压头直径、压痕观测物镜；,调物镜得清晰像；按压,OPTIC,切换至压头；,按压,Start,加载保荷。,显示硬度测量值。,3.5,测量注意事项,:,d,的范围应为,0.25Dd2%,者，需要在硬度值后面注明。,维氏硬度表示法,640 HV 30,表示用,136,金刚石压头在,294.2N,试验力作用下保持,10,15,秒测得的维氏硬度值为,640,。,640 HV 30/20,表示用,136,金刚石压头在,294.2N,试验力作用下保持,20,秒测得的维氏硬度值为,640,。,4.3,对试样的要求,要求试样经过抛光，试样硬度至少是压痕深度的,10,倍或者不小于压痕对角线的,1.5,倍，在满足这个条件的情况下尽可能选用较大载荷，可减少测量误差。,4.4,优缺点及注意事项,优点,可测定从极软到极硬各种金属材料的硬度,且不同载荷下的维氏硬度值可以进行比较。,维氏硬度值测量精确可靠，在材料科学研究中被广泛应用。,缺点,维氏硬度需测量对角线的长度，然后通过计算或查表才能得到硬度值。测量过程繁琐，工作效率低。在测量过程中，采用计算机控制测量过程，采集和处理数据，可能克服上述缺点并大大提高工作效率。,注意,维氏硬度两相邻压痕中心之间的距离，对于钢、铜及铜合金至少应为压痕对角线长度的,3,倍；对于轻金属、铅、锡及合金至少应为压痕对角线长度的,6,倍。如果相邻两压痕大小不同，应以较大压痕确定压痕间距。,金属维氏硬度试验执行的现行标准为：,GB/T 4340.1,1999,金属维氏硬度试验 第,1,部分：试验方法。,5.,显 微 硬 度 测 试 法,5.1,显微硬度的测量原理,显微硬度的测量原理与维氏硬度一样，也是用压痕单位面积上所承受的载荷来表示的。,只是试样需要抛光腐蚀制成金相显微试样，以便测量显微组织中各相的硬度。显微硬度一般用,HM,表示。,5.1.1,显微硬度测试用的压头有两种：,一种是和维氏硬度压头一样的两面之间的夹角为,136,的金刚石正四棱锥压头,;,另一种显微硬度压头。这种压头叫克努普,(Knoop),金刚石压头。它的压痕长对角线与短对角线的长度之比为,7.11,。,如图,5,所示,:,维氏金刚石棱锥压头,努氏金刚石棱锥压头,图,5,维氏硬度压头,5.1.2,硬度计算公式,两面之间的夹角为,136,的金刚石正四棱锥压头时,显微硬度的计算公式为：,HV=P/F=1.8544P/d,2,kg/mm,2,式中：,P,载荷,(g),；,d,压痕对角线长度,(m),。,显微硬度值与维氏硬度完全一致，计算公式差别只是测量时用的载荷和压痕对角线的单位不同造成的。,压头叫克努普,(Knoop),金刚石压头时,显微硬度值为：,HK=P/A=14229P/L,2,kg/mm,2,式中：,P,载荷,(g),；,L,压痕对角线长度,(m),。,显微硬度如用,kg/mm,2,为单位时，可以将单位省去，例如,HM300,，表示其显微硬度为,300kg/mm,2,5.2,设备简介,设备名称：维氏显微硬度计,仪器组成：照明系统、物镜系统、目镜系统、调焦装置、硬度值测量系统。,应用：测量各种组成相的硬度及渗层的硬度变化梯度等。,试验前的准备工作：,接通电源，试样压平后固定在载物台上；,将物镜转如光路并固定；,旋转目镜使计测线边缘聚焦；,调好后复零：,D1,显示,“,0.0,”,5.3,显微硬度的测试方法,硬度测试：,安装物镜；,试样聚焦（聚焦前试样表面与镜头距离不少于,0.4mm,）测试位置置于中心；,压头置于光路；,设置测试载荷（,H,、,L,两档）；,加载（确认物镜不在光路中）；,物镜转入光路；,调目镜测对角线长度；,硬度显示。,压痕对角线长度的测定：,旋转目镜左右旋钮，使左计测线内侧边缘与压痕左侧尖端相切，右计测线内侧边缘与压痕右侧尖端相切，按,“,数值输入,”,键，压痕对角线长度在,D1,位置显示；,将测微目镜逆时针旋转,90,度后重复上述操作，测量压痕竖直方向对角线长度，按,“,数值输入,”,键，压痕对角线长度在,D2,位置显示。,5.4,影响显微硬度值的因素,1),试样制备,制备试样时，因磨削使表面塑性变形引起加工硬化，这会对显微硬度值有很大的影响,(,有时误差可达,50%),，低载荷下更为明显。,因此要尽量减少表面变形层，特别对软材料，最好采用电解抛光。,2),载荷,根据试样的实际情况，选择适当的荷载，允许时尽量选择较大的载荷，以得到尽可能大的压痕。,任意大小的压痕其弹性回复量几乎一样，压痕越小弹性回复量占的比例就越大，显微硬度值也就越高。,在同一试样中，选用不同的载荷测试得出的结果不完全相同，一般载荷越小，硬度值波动越大。,对于同一试验最好始终选相同的载荷，以减少载荷变化对硬度值的影响。,布科提出了下列四类加载范围，可供参考：,铝合金,:1-5g;,软铁镍,:5-15g;,硬钢,:15-30g,碳化物,:30-120g,3),加载速度和保载时间,加载速度过快，会使压痕加大，显微硬度值降低。一般载荷越小，加载速度的影响就越大。加载后保持载荷,3-5s,即可卸载进行测量,。,6.,使用硬度计应注意的事项,除了各种硬度计使用时特殊注意事项外，还有一些共同的应注意的问题，现列举如下：,1),硬度计本身会产生两种误差：,一是其零件的变形、移动造成的误差；,二是硬度参数超出规定标准所造成的误差。对第二种误差，在测量前需用标准块对硬度计进行校准。,洛氏硬度各标度有一事实上的适用范围，要根据规定正确选用。例如，硬度高于,HRB100,时，应采用,HRC,标度进行测试；硬度低于,HRC20,时应用,HRB,标度进行测试。因为超出其规定的测试范围时，硬度计的精确度及灵敏度较差，硬度值不准确，不宜使用。,其他硬度测试法也都规定有相应的校正标准。,校准硬度计用的标准块不能两面使用，因标准面与背面硬度不一定一致。一般规定标准块自标定日起一年内有效。,2),压头避免撞击,保持清洁,;,3),硬度计调整后，开始测量硬度时，第一个测试点不用。因怕试样与砧座接触不好，测得的值不准确。特第一点测试完，硬度计处于正常运行机制状态后再对试样进行正式测试，记录测得的硬度值。,4,),在试件允许的情况下，一般选不同部位至少测试三个硬度值，取平均值，取平均值作为试件的硬度值。,5),对形状复杂的试件要采用相应形状的垫块，固定后方可测试。对圆试件一般要放在,V,形槽中测试。,6),加载时动作要轻稳，加载时不能移动试样或转动压头,。,思 考 题,1,最常用的硬度计有哪几类？其硬度用什么符号表示？,2,洛氏硬度计的测量原理是什么？,3,最常用的三种洛氏硬度标准的压头载荷是如何配合使用的？,4,布氏和维氏硬度的试验原理是什么？,5,试说明布氏、洛氏、维氏硬度试验的优缺点、适用范围及测量注意事项。,6,符号,130HBW10/1000/30,、,HRC50,、,640 HV 30,、,640 HV 30/20,、的含义？,7,维氏硬度两相邻压痕中心之间的距离,?,8,显微硬度常用的压头有哪两种？其硬度值如何测量？,9,如何测量显微硬度的压痕对角线的长度？,10,试根据下列试件的特点选择合适的硬度试验法进行测量：,(1),渗碳层的硬度分析；,(2),淬火钢；,(3),灰口铸铁；,(4),鉴别钢中的马氏体和残留奥氏体；,(5),有色金属；,(6),硬质合金。,谢谢！,请批评指正！,