4391-金属材料硬度测量过程中的压头、载荷“宁大勿小”原则

2015-11-05 14:27阅读：

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金属材料硬度测量过程中的压头、载荷“宁大勿小”原则
------关键！！！钢铁研究总院张久龙

在实际应用中，一般应遵照“宁大勿小”的原则来制定硬度标尺，这个原则包括以下意义：
载荷（试验力）：宁大勿小；压头：宁大勿小。
为什么应该这样选择硬度标尺那？我们知道，载荷（试验力）越大，压入的深度就越大，对样品的表面粗糙度要求就越低；压头尺寸越大，对组织局部的不均匀性的敏感度就越低，反映材料综合硬度指标的真实性就越高。所以，在选择硬度标尺时，应该尽可能地采用大载荷（试验力），同时，应该选择大尺寸的压头。
当然，在实际工作中，由于材料的硬度、材料厚度及大小等原因，使得在制定工艺时不可能都采用 “宁大勿小”的原则，而是应该在该原则的基础上，充分考虑多种因素，选择适合的硬度标尺。[2]

http://www.chinaqking.com/yc/2014/411136.html 金属材料硬度测量的几点思考
发表时间：2014-5-28 来源：《教育学文摘》2014年3月总第117

期供稿作者：李科峰
……
（3）压头、载荷“宁大勿小”原则
我们清楚试样的表面粗糙度是影响硬度测量准确性的关键点。载荷越大，在试样上压入的深度就越大，就可以有效地消除掉表面质量的影响；压头尺寸越大，对组织局部的不均匀性的敏感度就越低，反映材料综合硬度指标的真实性就越高。所以，在选择硬度标尺时，应该尽可能地采用大载荷（试验力），同时，应该选择大尺寸的压头。
具体在操作时我们也不能将这一原则生搬硬套，应该根据实际情况，同时考虑多种因素的共同影响，选择最为合适的硬度测量标尺。
……

http://wenku.baidu.com/view/37fd753deff9aef8951e0600.html?from=search 浅谈金属硬度指标的实际应用钢铁研究总院张久龙杨植港 - 中国热处理行业厂长经理会议质量工作会议 - 2006
摘要：本文从生产实际出发，探讨了各项硬度指标的应用。指出了产品的设计者应遵循的硬度制定原则；分析了质量测试人员应遵循的测试原则和解决硬度测试难题的方法。
关键词：硬度标准实际应用
Introducing the actual application of the metal hardness standard
Central iron and steel Research Institute 100081
Zhang Jiulong Yang zhigang
Summary: This article has discussed the applications of every hardness standards in the work fact. And point out the principle of the deviser must keep to. Analysis the principle and method of the quality testing personnel must keep to in the solving the hardness test problem.
Key words: hardness standard application

1. 引言
纵观所有热处理技术书籍，着重探讨硬度指标的应用和解决方案的章节几乎没有。而在各理工大学的教材中，关于硬度的应用，也只是以短短的几张篇幅来介绍硬度标准的基本概念，并没有讲解如何应用。
怎样去制定硬度指标；怎样去实现硬度指标的测量；当今的硬度计的发展到了怎样的技术水平。这些问题在热处理这个课题里一直都没有被充分的重视，更没有热处理专家去专门进行研究，并将这几个问题很好地予以解决。
在实际工作中，工艺部门负责热处理工艺的编制，而质量检验部门（理化室）负责热处理后的产品硬度的检验。有的时候，工艺编制人员从充分体现材料的热处理结果的角度出发，制定硬度指标。但这种硬度指标的制定往往没有充分考虑产品的实际情况，使得质检人员无法进行检验工作，导致了工作矛盾。怎样解决这一矛盾，这是本文讨论的重点。
2. 热处理工艺编制中硬度指标的选择
对于产品设计人员和热处理工艺编制工程师来说，要制定合理的硬度指标，首先，必须很好地理解各项硬度标准的准确含义，然后才可能根据热处理工艺及其它的因素来制定硬度指标。
2.1 硬度标准的含义及适应范围
什么是硬度，简单地说，硬度是指物体抵抗外力对其进行变形的能力。这种抵抗力越强，则硬度值越高，反之，硬度就越低。
2.1.1 金属硬度标准主要有以下几种^*1：
金属布氏硬度HB--采用硬质合金球压头，在一定的载荷（试验力）下，以压入金属的压痕面积来衡量金属的硬度。
金属洛氏硬度HR--采用圆锥金刚石压头，在一定的预载荷（试验力）和工作载荷（试验力）下，以压入金属的压痕深度差来衡量金属的硬度。
金属维氏硬度HV--采用菱形金刚石压头，在一定的载荷（试验力）下，以载荷（试验力）同压痕的对角线的平方的比值来衡量金属的硬度。
金属努氏硬度HK--采用横截面对角线为1：7的菱形金刚石压头，在一定的载荷（试验力）下，以载荷（试验力）同压痕的长对角线的平方的比值来衡量金属的硬度。
金属里氏硬度HL--采用冲击体，冲击金属表面，以距金属表面1mm处的速度之比，来衡量金属的硬度。
金属肖氏硬度HS--采用冲击体，冲击金属表面，以冲击体撞击金属前和撞击后的高度之差，来衡量金属的硬度。
2.1.2 各种金属硬度适应的范围
如果把硬度比做一个由低到高的线段，那么每个硬度指标都有它所对应的范围。见下图

4391-金属材料硬度测量过程中的压头、载荷“宁大勿小”原则

如图所示，维氏硬度的适应范围最宽，维氏硬度的定义决定了它能够覆盖了金属所有的硬度范围。布氏硬度主要用在测量较软的金属硬度上，洛氏硬度主要用在较硬的金属的硬度测试上。对于动载荷（试验力）的里氏硬度，其主要适应于中等硬度范围。
2.1.3 各种硬度标尺的载荷（试验力）
洛氏（含表面洛氏）硬度标尺的载荷（试验力）为：15--150kg
布氏硬度标尺的载荷（试验力）为：15.6--3000kg（ISO标准还有更小的载荷（试验力））
维氏（含显微维氏及努氏）硬度标尺的载荷（试验力）为：0.001--100kg
2.2 选择硬度标尺的原则
在实际应用中，一般应遵照“宁大勿小”的原则来制定硬度标尺，这个原则包括以下意义：
载荷（试验力）：宁大勿小；压头：宁大勿小。
为什么应该这样选择硬度标尺那？我们知道，载荷（试验力）越大，压入的深度就越大，对样品的表面粗糙度要求就越低；压头尺寸越大，对组织局部的不均匀性的敏感度就越低，反映材料综合硬度指标的真实性就越高。所以，在选择硬度标尺时，应该尽可能地采用大载荷（试验力），同时，应该选择大尺寸的压头。
当然，在实际工作中，由于材料的硬度、材料厚度及大小等原因，使得在制定工艺时不可能都采用 “宁大勿小”的原则，而是应该在该原则的基础上，充分考虑多种因素，选择适合的硬度标尺。怎样去解决这些问题，我们将在以下的内容中加以讨论。
2.2.1 材料的成分及热处理工艺对选择硬度标尺的影响
我们知道，不同的硬度标尺，适应不同的硬度范围。而金属（这里主要是指Fe-C合金，以下同）经过热加工后的硬度是由金属材料的成分及热处理工艺决定的。不同的碳含量，在相同的热处理工艺下，最终得到的硬度完全不同；相同的碳含量，在不同的热处理工艺下，最终得到的硬度也完全不同。
根据金属材料成分及热处理工艺对硬度的影响，推荐选择的硬度标尺，见下表：

	热处理工艺
	退火	正火	淬火+回火	表面热处理
低碳钢	HB30，HRB	HB30，HRC	HRC	HRW，HV
中碳钢	HRB，HRC	HRC	HRC	HRT，HV
高碳钢	HRC	HRC	HRC，HRA	HRN，HV
高合金中碳钢	HRC	HRC	HRC	HRN，HV
高合金高碳钢	HRC	HRC，HRA	HRA，HRC	HRN，HV
铸铁	HB30	HB30	/	HV
硬质合金	HRC，HRA	HRA，HRC	HRA，HV	HV

2.2.2 材料的组织均匀性对选择硬度标尺的影响
锻造件的组织均匀性要好于铸造件，宏观硬度也大于铸铁件，所以在选择硬度标尺时，锻造件基本都采用洛氏硬度，而铸造件为了克服组织的不均匀性，通常都采用布氏硬度标尺。当然，如果要测量铸造件的微观组织的硬度，应该采用维氏硬度。这点将在以下的内容中予以叙述。
2.2.3 样品的尺寸对选择硬度标尺的影响
样品的尺寸对选择硬度标尺非常重要。一般来说，样品越小，硬度标尺的载荷（试验力）就应该越小。对于非常薄的样品以及表面热处理（包括化学热处理和感应淬火等）的样品，按照硬度标准的规定，样品的最小可测量厚度应该大于压痕深度的8倍。所以，我们在选择硬度标尺的时候，根据被测部位的厚度来选择相应的载荷（试验力），相应的对应表如下：

Minimum thickness in millimiters of specimens
Rockwell
Load Kp	HRC
	20	30	40	50	60

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