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硬度测试可确保先进材料的质量

作者:硬度计服务商创诚致佳
发布时间:2019-12-17
内容摘要:硬度测试通常是确定组件可以在预期应用中生存并发挥作用的最佳方法。今天,许多进入市场的新产品都基于新材料和新工艺。这些新材料发挥着越来越重要的作用-支持创新并提高技术驱动型行业的竞争力。使用高科技材料制成的产品的制造过程和质量要求不仅需要全面了解材料的性能,还需要全面的过程技术知识。在用于确定材料特性...

硬度测试通常是确定组件可以在预期应用中生存并发挥作用的最佳方法。

今天,许多进入市场的新产品都基于新材料和新工艺。这些新材料发挥着越来越重要的作用-支持创新并提高技术驱动型行业的竞争力。

使用高科技材料制成的产品的制造过程和质量要求不仅需要全面了解材料的性能,还需要全面的过程技术知识。在用于确定材料特性及其对特定应用的适用性的各种机械和光学测试中,硬度测试是最关键的测试之一。硬度定义为材料将承受的平均压力。通常进行硬度测试以评估对塑性变形的抵抗力,这对于确定各种行业和应用中的零件质量非常重要。

在制造过程中承受的载荷,压力和极端温度可能会影响由金属和金属合金组成的零件的性能。由于样品的几何形状复杂,并且金属的硬度和拉伸强度之间存在线性关系,因此,硬度测试通常是确定组件在预期应用中能够生存和发挥作用的最佳方法。结果,硬度测试已成为质量控制过程的重要组成部分。

准确确定任何给定应用的材料硬度涉及多个因素,包括材料类型,样品几何形状,表面条件,热处理工艺暴露和生产要求。可以应用一系列不同的硬度测试来确定不同的硬度值对于相同的试样。硬度测试类型的选择通常受最终客户要求的影响,因为硬度测量通常是随制成品的交付在规格表上报告的值。

用于确定材料硬度的最常见测试包括洛氏硬度测试,布氏硬度测试和维氏硬度测试。这三个测试通过确定对不可变形的球形,圆锥形或四面锥形压头的渗透的抵抗力来测量硬度。虽然Rockwell和Brinell测试主要适用于块状金属和陶瓷,但塑料的Rockwell硬度测试有一个ISO标准:ISO 2039-2。维氏测试可用于测量金属,某些陶瓷,聚合物甚至某些生物材料的硬度。每次测试都确定压头在特定时间段内以规定的载荷压入材料的深度。

洛氏硬度测试是基于施加载荷时压痕深度净增加的量度。在洛氏硬度测试方法中,在施加较小载荷和较大载荷之后,测量压头的穿透深度。压头可以是某些特定直径的碳化钨球,也可以是120°角和0.2 mm尖端半径的球形菱形锥,称为Brale压头。压头的类型和测试负载确定硬度等级,硬度等级以字母表示,例如A,B,C等。

布氏硬度是通过将指定直径的指定直径的碳化钨球以指定的载荷施加到材料表面并测量测试后残留压痕的直径来确定的。布氏硬度值,或简称为布氏硬度值,是通过将所用载荷(以千克为单位)除以压痕的实际表面积(以平方毫米为单位)而获得的。

在维氏测试中,表面经受了由四面金字塔形金刚石压头施加的预定载荷,持续了标准的时间长度(称为保压时间)。在显微镜下测量所得压痕的对角线,并从换算表中读取维氏硬度值。威格士测试系统已经在最苛刻的质量控制应用中得到认可,其中包括检查制造作业中使用的海底船体和重型机械的焊接。

德国汉堡的永恒力股份公司是材料处理和仓储设备领域的全球领先公司之一。该公司目前正在研究一种用于建造不同类型车辆的新平台概念。永恒力为确保质量而使用的各种测试方法之一是对EN ISO 9015的焊接接头进行测试。为防止因时效硬化而产生裂纹,对焊接接头进行热处理,然后对热影响区进行维氏处理硬度测试。维氏硬度是在母材和热影响区以及沿焊缝线和焊缝金属内部进行测试的。压痕位置必须在测试报告中与结果一起列出。

压痕位置可以通过单击鼠标在视频图像中“学习”,并且其位置自动存储在测试系统软件中。可以将不同的放大倍率用于示教和测量,以确保最大的图像面积和最大的测量分辨率。自动执行多次硬度测试,并自动制作,聚焦和测量所有压痕。带有所需结果和数据的测试报告会在测试系统软件中自动生成,因此可以快速,经济高效地获得结果。

永恒力质量保证部门的本杰明·埃尔斯特(Benjamin Elst)说:“我们使用该仪器主要是为了对我们自己的生产线的焊缝进行有效的测试,并且还用于对我们供应商的组件的渗氮硬度和表面层硬度进行内向检查。”

自动执行测试过程并减少实验室技术人员在测试过程中花费的时间的能力对于经济高效的质量控制至关重要。

National Oilwell Varco(NOV)专门提供油田管道检查,内部管道涂层和其他服务。NOV位于丹麦卡隆堡的工厂为海上石油工业生产挠性管。该工厂生产世界上一些最强大,最先进的挠性管道系统,其创新和品质是其使命的中心。

挠性管道的制造需要大量的焊接。在最苛刻的海上工程环境之一中,管理这种焊接的质量对于确保最佳的海底性能至关重要。焊接质量的指标之一是焊接区域,热影响区和母材的硬度。柔性材料具有极其严格的验收标准,并且至关重要的是,在制造过程中不得对材料进行任何更改。NOV生产将焊缝样本提供给公司内部质量部门。然后在测试之前将样品浇铸在环氧树脂中,研磨并蚀刻。当NOV质量保证实验室确定由于生产量增加以及随后内部客户对测量的需求增加而产生限制时,搜索开始寻找另一台全自动硬度计。在审查了几台硬度测试仪之后,该公司决定购买ZHV10-A,它能够测试100g至10kg的重量,并在自动测试系统中使用Indentec的ZHµ.HD软件。

“最重要的方面是该程序进行简单自动测量的能力。该系统直观易用,可提供可靠和可重复的结果,这对我们非常重要。” NOV实验室工程师Rene Munk Madsen说。

硬度测试最常见的用途之一是评估热处理对零件的影响。

Keighley Laboratories在公司内部热处理部门及其技术服务部门的客户中使用Zwick Roell ZHV-10全自动维氏压痕测量和专用硬度测试软件。

Keighley Labs将物理测试作为其内部热处理部门的质量保证,每天处理多达十二个测试样品,并为外部客户进行外壳和材料及组件的表面硬度评估。Keighley的技术人员既可以手动查看和测量压痕(通过使用操纵杆聚焦并用鼠标单击压痕),也可以使用系统的自动化模式来智能地遵循预定义的模式,压入样品,然后测量并生成测试结果。该系统还使技术人员能够设置压痕点模板,以便对常规样品进行硬度测试,并对直线和往复运动模式进行编程,以使表壳硬度例行程序自动化并测试焊缝。

除了使技术人员腾出时间来完成其他任务外,这种“点击并离开”功能还可以确保精确的样品定位和成像,更高的准确性,极高的可重复性以及总体上提高的生产率,从而将标准测试程序从一个多小时的手动操作减少到自动在20分钟以内。它还消除了因眼睛疲劳,疲劳和不可避免的不一致而导致的与操作员有关的错误,这些错误可能是显微硬度测试中的常见问题。

Keighley Labs测试室经理Matthew Mellor说:“这种自动硬度计可以节省时间,这使我们能够提供更快的周转时间,并提供更加准确,可重复和可再现的数据。”

硬度测试在新型生物材料的开发中也很重要。

挪威特罗姆瑟大学临床牙科系正在引领用于牙科目的的生物材料(例如义齿)的研究。用于临床和化妆品应用的新聚合物技术正在迅速发展,硬度是用于这些领域的材料的基本特征之一。

诸如此类的应用面临的挑战之一是聚合物对机械刺激的响应。聚合物倾向于以难以获得精确的硬度测量值的方式变形。例如,由维氏硬度测试产生的压痕角可能很难手动定义。通过将先进的光学器件与软件功能相结合(可测量到最后一个像素的凹痕),可以对曾经构成严重障碍的样品进行精确的维氏硬度测定。

认识到图像处理方面的新发展可以为其应用提供支持的优势,该大学临床牙科系的官员寻求了一种自动的显微维氏硬度计。大学最终确定了一个全自动系统将带来两个重大好处:它将节省技术人员的时间来进行其他测试,并且可以消除操作员对结果的影响,从而提高可重复性和可重复性。尤其重要的是,可以高精度地施加压痕载荷。

教授说:“硬度测试设备将使临床牙科部门能够显着提高测试样品的通量,特别是使科学界对牙科和医学中使用的现代生物材料有更深入的了解。” )乌尔夫·Örtengren。

在大范围的研究中,可能会找到最新一代的维氏测试设备为质量管理流程带来价值的另一个领域。由于从焊接接头的一端到另一端的硬度值变化很大,因此Indentec系统具有图像拼接功能,使操作员可以在很大的范围内精确定位压痕并测量结果值。使用Indentec开发的Mosaic功能,操作员可以快速获得整个样品的高分辨率和均匀照明的视图。生成的图像也可以保存以进行分析报告或存档。

镶嵌功能还可以以很高的精度设置导线的参考点,以使压痕测量产生最重要的数据。马赛克功能中的注释工具提供了与样品的强大视觉连接-使操作员能够轻松识别样品中心,绘制直线和/或平行线,添加刻度线以及添加测量值以用于报告目的。操作员还可以使用注释工具来设计复杂的遍历模式,其中得到的测量结果可以增强对材料行为的洞察力。 


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