旋压封头母材的硬度检验工艺详解

　　旋压封头硬度试验指标与冲击韧性指标一样，并不能直接用于材料的强度计算，而是用来反映材料在加工过程中的组织变化、热处理效果、加工或焊接残余应力的存在程度等 性的定性判断指标。一般来说，金相组织中的马氏体硬度高于珠光体，珠光体的硬度高于铁素体，铁素体的硬度高于奥氏体。材料进行不同的热处理，得到的组织也不一样，故热处理对材料硬度的影响实际上是反映材料的金相组织和金相结构对硬度的影响。对于奥氏体不锈中的奥氏体，因为它有大量的合金元素存在，故其硬度要高于铁素体;化学成分中，碳对材料硬度的影响 直接。材料中的碳含量越大，其硬度越高。除碳含量以外，大多数合金元素都会使材料的硬度升高;加工残余应力与焊接残应力的存在对材料的硬度也将产生影响，加工残余应力与焊接残余应力值越大，硬度越高。

　　实验表明，旋压封头材料的硬度与其强度存在着一定的比例关系。对黑色金属材料来说，其抗拉强度近似等于三分之一的布氏硬度值。

　　正因为影响材料硬度的因素较多，故工程上在很多场合下常通过检验硬度来定性了解材料的化学成分、组织状态、热处理效果及加工或焊接残余应力存在的程度等。又因为它操作简便，成本较低，又属于非破坏性试验(即可直接在成品上进行试验)，因此在旋压封头材料加工过程和现场施工检验中得到了 的应用。

　　目前，已出现的硬度试验方法有很多，但工程上常用的试验方法有布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法三种。GB230、GB231和GB4340标准分别给出了洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度的试验方法及要求。

　　1、布氏硬度试验法

　　该方法因 早由Brinell提出而得名。它主要是利用旋压封头，通过定量加载使其压入试样表面，然后计算压痕表面积，并通计算单位压痕表面积上所受载荷大小来确定其硬度值。其硬度值用“HB”后面加硬度数值来表示。

　　不同的压头材料和直径，不同的加载力，不同的加载时间，测得的硬度值是不同的。为了便于比较，对黑色材料(主要指碳钢和合金钢)来说，一般规定采用直径为10mm的钢球作为压头，加载力取30000N，加载时间取10秒作为试验条件。

　　布氏硬度试验一般是在硬度试验机上进行的。旋压封头测得压痕直径后查相应的数据表即可得到布氏硬度值。工程上有时也用锤击式简易布氏硬度计来测量硬度值，这种方法得到的数据有一定的误差。

　　布氏硬度试验法的优点是：测出的硬度值准确 ，且因为压痕面积大，能消除因组织不均匀而带来的测量误差。但它不能用于较硬(HB>450)材料的硬度测量，因为此时会因钢球压头的自身变形而造成较大的测量误差。由于压痕大，它也不宜用来测量成品和较薄件，以免损坏产品。该法不能从测试仪器上直接读出硬度值，尚须在试验完成后查表才能得到，故检验速度较慢。

　　旋压封头布氏硬度试验法是目前应用 多的一种方法。

　　2、洛氏硬度试验法

　　该方法因 早由Rockwell提出而得名。它主要是利用较硬的锥形材料或小直径的淬火钢球作为压头，通过定量加载使其压入试样表面，然后计量压痕深度，并经过适当的数据处理来确定其硬度值的大小。根据采用的压头材料和加载力的大小不同，其旋压封头硬度值的表示方法分为三种：HRA**、HRB**和HRC**，“**”为对应的硬度数值。

　　常用的洛氏硬度试验条件和应用范围见表9-3所示。

　　表9-3 常用洛氏硬度试验条件和应用范围

　　标R

　　符号压头材料予载荷

　　(N)总载荷

　　(N)加载时间(S)测量范围应用范围

　　HRA顶角为120°的金刚园锥10060010>70硬质合金，表面淬火钢

　　HRB1/16”钢球10010001025~100退火钢，铜合金，铝合金

　　旋压封头母材HRC顶角为120°的金刚园锥10015001020~67淬火钢、调质钢、可锻铸铁、钛合金洛氏硬度试验一般是在试验机上进行，并从试验机的表盘上能直接读取硬度值的大小。

　　洛氏硬度试验法与布氏硬度试验法相比，有以下优缺点：它的硬度值可以从试验机表盘上直接读出，故试验方便快捷。其压头有软、硬多种材料，故测量范围宽。由于压头尺寸小，产生的压痕也较小，一般情况下对工件不造成损伤，可直接用于成品件的检测。缺点是不同压头材料测得的硬度无法比较，而且当材料的组织不均匀时，由于它的压痕小会导致测得的数值起伏变化大，缺乏代表性。

　　洛氏硬度试验法也是工程上常用的一种方法。

　　3、维氏硬度试验法

　　该方法因 早由Vickers提出而得名。它是利用角度为136°的金刚石四方锥体作为压头，旋压封头通过加载使其压入试样表面，然后计量压痕对角线长度，并通过计算单位压痕面积上所受载荷大小来确定其硬度值。其硬度值用“HV”后面跟硬度数值来表示。

　　由于维氏硬度试验中采用了固定角度的压头，其压力角是恒定的。当施加载荷变化时，其压痕的几何形状相似且符合比例关系，故无论采用什么载荷值，其测得的硬度相同，但相关的标准中还是给出了系列荷载以简化换算关系。试验时间对黑色金属来说一般为10秒~15秒，对有色金属一般为25秒左右。

　　不难看出，维氏硬度试验法吸取了布氏硬度和洛氏硬度试验法的优点，即旋压封头它采用了较硬的压头，既可测量较硬材料的硬度，又可测量较软材料的硬度。对于不同硬度的材料，它克服了洛氏硬度试验中须 换压头材料从而造成测到的结果无法比较的缺点。但是维氏硬度试验法也不能直接从试验机上读出硬度值，需要查表计算，故测量效率较低。

　　旋压封头由于维氏硬度试验法所具有的优点，它常用在相应的研究试验室中。

　　为了便于设计人员查对，本章旋压封头附录F9-2中给出了部分布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的对照表。