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10810-硬度检测方法的选择

(2019-05-17 18:03:17)

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硬度检测方法的选择

很烧脑的一个问题

分类：砂纸-金相技术

硬度检测方法的选择

------源自：金属硬度检测技术手册（中南大学韩德伟）

无意间搜索早先的资料，看到还花功夫录入了这么多的资料，有些“感怀”，有些叹息。“以本为本”与我自己的切身利益实在是伤害，没啥助益。年轻人对于“口号”还是要“慎入”，喊的越响，问题越大。

这是第十五章的开头部分：

从硬度检测方法分类中可以看出，仅常用的硬度检测方法就有好多种。这些方法不仅在原理上有区别，而且在同一种方法中，还有不同的检测力、压头和标尺。如何根据待测材料的种类、工艺状态、几何尺寸和检测要求等特点来选择一种合适的硬度检测方法和检测条件，是进行硬度检测的首先应予认真考虑的。

硬度检测方法的正确选用，一般应注意以下原则：

1 根据材料的特点以及其工艺状态，对其硬度的高低估计来选用检测方法。当不能做出大致的估计时，应该按较高的硬度来选择，如洛氏C标尺或维氏法。检测的结果可供进一步正确选择方法参考。

常见金属材料的硬度参见表1。

表1 常见金属材料的硬度范围参考表
金属种类			硬度范围	金属种类			硬度范围
铁	灰口铸铁		150~280 HBS	有色金属材料	铸造铝合金		45~130HBS
	球墨铸铁		130~320 HBS		压铸铝合金		60~90HBS
	可锻铸铁	黑心	120~290 HBS		铸造铜合金		44~169HBS
	可锻铸铁	白心	≤230 HBS		压铸铜合金		85~130HBS
	耐热铸铁		160~364 HBS		铸造锌合金		80~110HBS
钢	优质碳素钢	热轧	131~302 HBS		压铸锌合金		8095HBS
	优质碳素钢	退火	187~255 HBS		铸造轴承和金	铅基	18~32HBS
	合金结构钢		187~269 HBS			锡基	20~34HBS
	碳素工具钢	退火	187~217 HBS			铝基	35~40HBS
	碳素工具钢	淬火后	≥62			铜基	60~65HBS
	合金工具钢	交货状态	179~268 HBS		镍合金	退火	90~200HBS
	合金工具钢	淬火	≥45~64		镍合金	冷轧	140~300HBS
	高速工具钢	交货状态	≤285 HBS		铸造钛合金		≤210~365HBS
	高速工具钢	淬火回火	≥63~66		镁合金		49~95HBS
	轴承钢制品	退火	170~207 HBS		硬质合金		≥82~93.3HRA
	轴承钢制品	淬火回火	58~66		高比重（密度）合金		290~310HBS
	弹簧钢	热轧状态	≤285~321 HBS		变形铝合金		≤190HB
	弹簧钢	热处理	≤321 HBS		变形铜合金		≤370HV

2 在选定一种检测方法后，如试样的硬度范围、厚度、大小等允许，则应选用较大的检测力进行检测，这有利于减小检测结果的相对误差。如在布氏硬度检测中，在检测条件允许时，应选用φ10mm钢球，29.421kN（3000kgf）检测力。在实际应用中，如碳素工具钢、合金工具钢等，对于退火后的硬度要求不仅仅是布氏硬度值不大于多少（或范围多大），还要求压痕直径不小于多少（或范围多大）。这实际上就是对检测条件提出了限制和要求。又如，碳素工具钢T8A要求HBS不大于187，同时，压痕要求直径不小于4.4mm；合金工具钢CrWMn要求HBS值在255~207之间，同时要求压痕直径应在3.8~4.2mm之间。为满足这一要求，就必须选用φ10mm钢球和29.421kN检测力。

3 根据试样的厚薄以及处理工艺，如对较薄的试样或有覆盖层试样，或经过强化处理后硬化层深度不同的试样测定硬度时，必须根据试样厚薄、覆盖层或强化层层深（厚）、材料硬度，选择相应检测方法和检测力大小。

一般情况下，对薄的和有覆盖层、强化层的试样，多选用小负荷维氏或表面洛氏、努普氏等检测方法。

4 在实验和材料研究工作中，如欲将试验数据与查得文献资料中的硬度值进行比对时，应尽可能选用与资料相同的检测方法，避免因换算引入误差。

5 对于HBS＜450的金属材料，包括退火、正火、调质钢，各种铸铁以及多种有色金属及其合金（包括铝、铜、镁、铅、锌、锡等）用于布氏硬度检测方法比较合理。因为，布氏法有多种检测力和压头选择，压痕直径大，能测出较大范围内金属个组成部分的综合性能，而不易受个别相或局部组织的影响，数据较准确稳定，复现性较好。

用洛氏硬度检测法测得的金属材料硬度值与布氏和维氏法的结果比较，精度较低，这是因为洛氏法是以测量压痕深度间接反映硬度值的高低，检测点很小，且每一洛氏单位仅为0.002mm深，易于出现误差。但是，洛氏法方便、迅速，特别是用于钢铁材料的热处理工艺过程和最终产品检测。

对于大型铸件和已经组装成整机上的制件，则多用肖氏、里氏和锤击式布氏硬度检测方法。

6 在一些特殊情况下，则可分别选用划痕、锉刀检验和努普、显微硬度等检测方法。

7 在同一系统实验与研究工作中，用同一种材料，由于处理工艺不同，其硬度差异较大，这时一般不宜变换检测方法，为求得统一的标尺比较，可选用维氏硬度检测方法。因为维氏法可以从很低硬度值测至很高硬度值，这样能获得便于比较又不用换算的理想结果。

8 根据零件的尺寸、数量、测试精度要求及热处理工艺的不同，应正确选择相应的硬度检测方法。

有关硬度检测方法的选用见表2~表5。

表2 热处理后零件硬度测试方法参考（钢铁零件）
热处理类别	硬度测量方法	选用参考
正火与退火	布氏法GB 231-84	一般用GB 231 当硬度低于225HBS时，为比较可用GB 230 B标尺或GB4340.1。大件可用锤击或弹簧加力式或布氏法。
	洛氏法GB 230-91
	维氏法GB4340.1-1999
	锤击或弹簧加力或布氏法
淬火与回火调质处理	布氏法GB 231-84	一般用GB 230。对于调质处理件可用GB 231 对于薄小件可用GB4340.1 对于大件可用GB4341或GB 17394。对于大批量件可用GB 13321
	洛氏法GB 230-91
	维氏法GB4340.1-1999
	肖氏法GB4341-84
	锉刀试验法GB 13321-91
	里氏法GB 17394-1998
感应淬火与火焰淬火	维氏法GB4340.1-1999	作有效硬化层深度（DS）测量时用维氏法GB4340.1。只作表面硬度检测可用GB 1818。渗层深度足够时，可用GB 230。大批量件可用GB 13321。大件可用GB4341或GB 17394
	洛氏法GB 230-91
	表面洛氏法GB 1818-94
	锉刀试验法GB 13321-91
	肖氏法GB4341-84
	里氏法GB 17394-1998
渗碳与碳氮共渗	维氏法GB4340.1-1999	作有效硬化层深度（DC ）测量时应用维氏法GB4340.1和表面洛氏法GB 1818。只作表面硬度检测可用GB 230（DC≥0.65mm时）。大批量件可用GB 13321。大件可用GB4341或GB 17394
	表面洛氏法GB 1818-94
	肖氏法GB4341-84
	锉刀试验法GB 13321-91
	里氏法GB 17394-1998
渗氮	维氏法GB4340.1-1999	作渗氮层深度（DN）测量时，应用维氏法GB4340.1小负荷，检测力2.94N（0.3 kgf）。做脆性评级时，用GB4340.1，检测力9.807N（1.0kgf）。只作表面硬度检测可用GB 1818。渗层深度足够时，可用GB 230。大批量件可用GB 13321。大件可用GB4341或GB 17394
	表面洛氏法GB 1818-94
	肖氏法GB4341-84
	锉刀试验法GB 13321-91
	里氏法GB 17394-1998
渗硼、渗铬、渗钒	维氏法GB4340.1-1999	一般用GB4340.1测量检测力为0.490~0.981N（0.05~0.1kgf）
	努普法GB18449.1-2001	一般用GB4340.1测量检测力为0.490~0.981N（0.05~0.1kgf）
注： DS----表面淬火回火；DC----渗碳或碳氮共渗后淬火回火；DN----渗氮

表3 常用硬度试验方法及其选用参考表（适用钢铁材料）
硬度试验方法	适用范围
布氏硬度试验法GB 231-84	一般用钢球压头测量退火、正火、调质件及铸件和锻件的硬度。因压痕大，对成品件不宜采用。
洛氏硬度试验法GB 230-91	批量件、成品件及半成品件的硬度检测。 A标尺适于测量高硬度淬火件、较小较薄件以及具有中等厚度硬化层零件的表面硬度。 B标尺适用于测量硬度较低的退火件、正火件及调质件。 C标尺适用于测量淬火、回火后的零件，以及厚硬化层零件的表面硬度，对于晶粒粗大且组织不均匀的零件不宜采用
表面洛氏硬度试验法GB 1818-94	测量薄件、小件的硬度以及具有浅或中等厚度硬化层零件的表面硬度。一般用N标尺。 T标尺适用于退火、正火薄件。
维氏硬度试验法GB4340.1-1999 小负荷维氏硬度试验法GB4340.2-1999 显微维氏硬度试验法GB4340.3-1999	试验力一般不超过294.2N，主要用于测量具有中等厚度的硬化层试件的表面硬度，测量小件、薄件以及具有浅硬化层零件的表面硬度，测量表面硬化零件的表层硬度梯度或硬化层深度，测量微小件、极薄件的硬度测量小件、薄件以及具有浅硬化层零件的表面硬度。测量表面硬化零件的表层硬度梯度或硬化层深度。测量微小件、极薄件或显微组织合金相的硬度
肖氏硬度试验法GB4341-84	主要用于现场大件的检测，如检测各种轧辊的硬度
钢铁硬度锉刀试验法GB 13321-91	形状复杂零件、大件等的硬度检验。批量零件的硬度快速检验。被检验面的硬度不应低于40HRC
里氏硬度试验法GB 17394-1998	大件、组装件、形状较复杂零件的现场硬度检验
努普硬度试验法GB18449.1-2001	主要用于测量微小件、极薄件或显微组织的硬度，以及具有极薄或极硬层、带脆性材料的硬度
超声硬度试验法	大件、组装件、薄件、渗氮件等的现场硬度检验
锤击式布氏试验法	正火、退火或调质处理大件及原材料的现场检验

表4 有硬化层的零件表面硬度检测方法与检测力选择

有效硬化层深度/mm

表面硬度检测方法

采用标准

检测力/N

≤0.1

＞0.1~0.2

维氏硬度试验法GB4340.1-1999

≤9.807

9.807~49.03

＞0.2~0.4

维氏硬度试验法GB4340.1-1999

表面洛氏硬度试验法GB 1818-94（15N或30N）

＞49.03~294.2

147.1或294.2

＞0.4~0.6

维氏硬度试验法GB4340.1-1999

洛氏硬度试验法GB 230-91（A标尺）

＞98.0~490.3

588.4

＞0.6~0.8

＞0.8

洛氏硬度试验法GB 230-91（A或C标尺）

洛氏硬度试验法GB 230-91（C标尺）

588.4或1471.0

1471.0

表 5

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