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详解维氏硬度测试

作者:硬度计服务商创诚致佳
发布时间:2020-12-25
内容摘要:的维氏硬度试验是在1921年开发了在由RobertL.史密斯和GeorgeE.沙地维氏有限公司作为替代的布氏方法测量硬度的材料。维氏测试通常比其他硬度测试更易于使用,因为所需的计算与压头的尺寸无关,并且压头可用于所有材料,而与硬度无关。与所有常见硬度方法一样,基本原理是观察材料抵抗标准来源塑性变形的能力。维氏测试可用于...

维氏硬度试验是在1921年开发了在由RobertL.史密斯和GeorgeE.沙地维氏有限公司作为替代的布氏方法测量硬度的材料。维氏测试通常比其他硬度测试更易于使用,因为所需的计算与压头的尺寸无关,并且压头可用于所有材料,而与硬度无关。与所有常见硬度方法一样,基本原理是观察材料抵抗标准来源塑性变形的能力。维氏测试可用于所有金属是硬度测试中最广泛的量表之一。测试给出的硬度单位称为维氏金字塔数(HV)或金刚石金字塔硬度(DPH)。硬度值可以转换为帕斯卡单位,但不要与压力混淆,后者使用相同的单位。硬度值由压痕表面区域上的载荷而不是垂直于力的区域决定,因此不是压力。


实施



维氏测试方案维氏硬度计的金字塔形金刚石压头维氏硬度测试后,表面硬化钢中留下了一个压痕。对角线长度和照度梯度的差值都是水平外样本的经典指示。这不是一个好的缩进。这是一个很好的缩进。

决定压头形状应能够产生几何上相似的压痕,而不论其大小如何;印象应具有明确的测量点;压头应具有较高的自变形能力。一个钻石在基于方形金字塔的形式满足了这些条件。它已经建立了一个理想的大小布氏印象是3/8球的直径。由于弦长3d/8的两端的圆的两个切线以136°相交,因此决定将其用作压头尖端平面之间的夹角。这给与每个脸法线的角度到每侧22°的水平面法线。通过实验改变角度,发现在均质材料片上获得的硬度值保持恒定,而与载荷无关。因此,取决于要测量的材料的硬度,将各种大小的载荷施加到平坦表面上。HV数然后由比率F/A确定,其中F是以千克力为单位施加到钻石上的力,A是以平方毫米为单位的所得压痕的表面积。A可由公式确定。

可以通过评估正弦项来近似得出:

其中d是压头留下的对角线的平均长度,以毫米为单位。因此,

其中F以kgf为单位,d以毫米为单位。

HV的相应单位就是千克力每平方毫米(kgf/mm²)或HV数。在上式中,F的单位为N,d的单位为mm,给出的HV为MPa的SI单位。要使用国际单位制来计算维氏硬度值(VHN),需要除以9.80665(标准重力),将牛顿所施加的力转换为千克力。这导致以下等式:

其中F以N为单位,d以毫米为单位。一个常见的错误是,上述计算HV数的公式并没有得出以牛顿每平方毫米(N/mm²)为单位的数字,而是直接得出维氏硬度值(通常不使用单位给出)。实际上是每平方毫米1千克力(1kgf/mm²)。

如果力持续时间从10s到15s(例如440HV30/20)不同,则维氏硬度值报告为xxxHVyy,例如440HV30或xxxHVyy/zz,其中:

  • 440是硬度值,

  • HV给出硬度等级(维氏),

  • 30表示以kgf为单位的负载。

  • 20表示加载时间(如果它不同于10 s至15 s)

要将维氏硬度值转换为SI单位,必须将以千克力/平方毫米(kgf /mm²)为单位的硬度值乘以标准重力(9.806 65),以得到以MPa(N /mm²)为单位的硬度,然后除以以1000为单位得到硬度,单位为GPa。维氏硬度也可以根据凹痕的投影面积而不是表面积转换为SI硬度。投影面积对维氏压头几何定义如下

该硬度有时称为平均接触面积,理想情况下可以直接与也使用投影面积定义的其他硬度测试进行比较。

维氏值通常与测试力无关:只要力至少为200gf,在500gf和50kgf的情况下,维氏值相同。但是,较低的载荷压痕通常表现出硬度对压痕深度的依赖性,称为压痕尺寸效应(ISE)。

对于薄样品,由于基材效应,压痕深度可能是一个问题。根据经验,样品厚度应保持大于压痕直径的2.5倍。或者缩进深度,Ť,可以根据以下公式计算:

各种材料的HV值示例[8]
材料
316L不锈钢140HV30
347L不锈钢180HV30
碳素钢55–120HV5
30–80HV5
马氏体1000HV
钻石10000HV


注意事项



在进行硬度测试时,必须考虑压痕之间的最小距离以及从压痕到试样边缘的距离,以避免加工硬化区域和边缘效应之间的相互作用。对于ISO6507-1和ASTME384标准,这些最小距离是不同的。

标准压痕之间的距离压痕中心到试样边缘的距离
ISO 6507-1> 3· d为钢和铜合金和> 6·用于轻金属d钢和铜合金为2.5· d,轻金属为> 3·d
ASTM E3842.5·2.5·


估计抗拉强度



如果HV是在N个第一表达/毫米2(兆帕),或以其它方式通过从千克力/毫米转换2,则拉伸强度(单位:MPa)的材料的可近似为σü≈HV/ç≈HV/3,其中c是由屈服强度,泊松比,加工硬化指数和几何系数决定的常数,通常在2到4之间。换句话说,如果HV以N/mm2(即MPa)表示,则的拉伸强度(单位:MPa)≈HV/3。该经验定律可变地取决于材料的加工硬化行为。


应用程序



所述翅片中的安装销和套筒康维尔580客机是由飞机制造商指定要硬化到390HV5的维氏硬度说明书中,“5”意思5千克力。但是,在使用Partnair394航班的飞机上,后来发现销子已换成不合格的零件,从而导致快速磨损并最终造成飞机损失。经检查,事故调查人员发现不合格的销钉的硬度值仅为200-230HV5。

由于压痕越小,维氏硬度计试验的试验力就越小,因此它特别适合于其他硬度计无法达到的薄材料的试验。(2)维氏硬度计试验的试验力就越小,维氏硬度计试验的试验力就越小,维氏硬度计试验的试验力就越小,维氏硬度计试验的试验力就越小。大的实验性优点是,硬度值不依赖于试验力的大小,只要是硬度均一的材料,就可以任意选择试验力,硬度值不变。一定要视试件的材料特性而定

维氏硬度计试验可以测量目前工业中使用的大多数金属材料,从软材料(维氏硬度单位)到硬材料(维氏硬度单位)都可以用维氏硬度计测量。

维氏硬度计试验可以测量目前工业中使用的大多数金属材料,从软材料(维氏硬度单位)到硬材料(维氏硬度单位)都可以用维氏硬度计测量。


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