材料与硬度课件.ppt

为什么硬度有这么多种?,1.压盘 196 HBW5/7502.膜片弹簧（热处理后） 47.5 HRC， 膜片弹簧（原材料） 90.0 HRB3. 盘毂28.5 HRC4.弹簧 490 HV55.传动片 476 HV5，传动片 46.5 HRC6. 铆钉 148 HV0.3 7. 减振盘表面（压淬） 86.6 HR15N 70.2 HR15N,1,t课件,内容,1.意义，就是为什么要专门讲硬度？2.各种硬度的原理及应用3.硬度和组织相关联的理解4.日常的图纸和检测中的问题探讨5.考试及讲解,2,t课件,硬度基础意义,1.硬度：是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。2.硬度的实质：是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。3.通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异 4.硬度检测：是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。,3,t课件,硬度在公司内部意义,1.零部件设计的需要； 只有掌握各种硬度的定义和检测方法，才能正确的标注硬度；1) 标注形式应该数字在前面，符号在后面；,4,t课件,2) 标注不能产生歧义3）了解各种硬度的大概不确定度，维氏硬度有15HV左右，支承钉（478543 ）HV？4)标注的硬度适合检验，就是标注什么硬度，检验人员检测什么硬度，不用转换。 （特殊的除外），XL100Y调整螺钉（45#调质） （229285）HB。5）技术人员处理对外问题，最典型的是XL17C(P2)的洛氏硬度,5,t课件,XL17C(P2)盘毂,6,t课件,2.产品检验的需要；,1）检验员应该知道什么样的 情况测试什么硬度。2）怎么样准确检测，如销子粉末冶金的盘毂；3）膜片弹簧,传动片。,7,t课件,粉末冶金的硬度检测,8,t课件,XL317Y膜片弹簧,距表面 硬度0.05mm 302 HV0.20.15mm 457 HV1 0.25mm 485 HV1 0.35mm 483 HV1 中心 486 HV1,9,t课件,硬度的简单概念及检测方法,一、什么是硬度二、硬度的分类（金属材料类）三、金属材料硬度的检测,10,t课件,一，什么是硬度固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵抗能力（塑性变形），是衡量材料软硬程度的一个指标。 划痕硬度:主要用于比较不同矿物的软 硬程度; 回跳硬度:助力器，邵氏硬度，测量橡胶件; 压入硬度:用于金属材料.,11,t课件,压入硬度,主要用于金属材料 方法是以一定的载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种 。,12,t课件,硬度：材料抵抗其他硬物压入的能力，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。,布氏硬度原理压头为钢球,洛氏硬度原理，压头为120金钢石圆锥体,维氏硬度原理，压头为正四棱椎,二、硬度试验,13,t课件,二，压入硬度的分类,14,t课件,一，布氏硬度(HB)：以一定的载荷P将一定大小的淬硬钢球（直径为D），压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (9.807N/mm2)。硬度试验的标准：GB/T 231.1-2009金属布氏硬度试验 第1部分:试验方法,15,t课件,HB-3000布氏硬度计,16,t课件,布氏硬度,布氏硬度试验原理图,材料抵抗表面局部塑性变形的能力。布氏硬度 HB,布氏硬度计,17,t课件,（1）布氏硬度试验原理,在实际试验时，由于压痕深度h测量比较困难，而测量压痕直径d比较方便，因此将1式中h换算成d的关系 h= (2)代入1式得: HBW= (3)3式中只有d是变数，试验时只要测量出压痕直径d，可通过计算或查布氏硬度数值表即可得出HBW值。,18,t课件,布氏硬度,1、试验力保持时间通常为1015s。2、布氏硬度的符号用 HBW或HBS 表示压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值。 如:200HBW,布氏硬度压痕,19,t课件,布氏硬度试验要求,1、为保证压痕清晰，试样表面光洁度Ra不 大于3.2m；2、试样的厚度不小于压痕深度的8倍。 3、压痕中心距试样边缘的距离2.5d，相邻压痕中心的距离3d。 4、压痕直径应从相互垂直的两个方向测量取其算术平均值。,20,t课件,21,t课件,布氏硬度表示方法,180 HBW5/750135 HBW5/250HBW5/750与HBW5/250，两者有什么不一样？,施加的试验力kgf,硬质合金球直径mm,硬度符号,硬度值,22,t课件,要求：F/D2 应为一定值，压入角一致才有可比性,23,t课件,。 要求：F/D2 应为一定值。,24,t课件,布氏硬度的特点,由于采用的压力大，压头球径大，压痕直径大，它适合具有大晶粒金属材料，铸铁。优点：高测量精度，复现性和代表性好。缺点：1、操作时间比较长；2、为保证压痕清晰，试样表面光洁度Ra不 大于3.2m；3、试样的厚度不小于压痕深度的8倍。,25,t课件,灰口铸铁,26,t课件,球墨铸铁,27,t课件,实例,压盘试块192 HBW5/750，表示压头为硬质合金，直径为5mm，力为750kgf检测的。XL03Y压盘，材料为HT200，正确应该表示为（190250）HB,28,t课件,二.洛氏硬度 以一个顶角120的金刚石圆锥体（HRC和HRA）或直径为1.59的钢球(HRB)，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，一般分三种不同的标度尺来表示。试验标准：GB/T 230.1-2009 金属洛氏硬度试验 第1部分：试验方法,29,t课件,洛氏硬度,洛氏硬度用符号HR表示，HR=(k-h)/0.002根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 初始力 加载 缷载初始力,洛氏硬度计,洛氏硬度测量原理图,30,t课件,符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。HRA ，压头为120金刚石圆锥，用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表面淬火钢。HRB ，压头为1/16英寸淬火钢球，用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。HRC ，压头为120金刚石圆锥，用于测量中等及偏上硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 如：盘毂，销子类,洛氏硬度,31,t课件,GB/T230.1-2009 洛氏硬度常用标尺,32,t课件,HRD-150型洛氏硬度计,电源,标尺,金刚石压头,工作台,操作把手,开关,33,t课件,洛氏硬度的测量实际是测量压痕残余深度，将在规定实验条件下所测得的压痕残余深度换算成硬度单位。具体步骤如下初始检测力F0，加上主检测力F1，在总检测力F的作用下，将压头（金刚石圆锥压头或球形压头）压入试件表面保持一定时间，然后卸除主检测力F1，保留初始检测力F0 。测量压痕的残余深度e（以下简称压痕深度）.,34,t课件,HRC，HRA当压痕深度为0.2mm时，硬度为0HR，当压入为0时，硬度为100HR，所以相当于1个HR为0.002mm，即e的单位。HRC（HRA) 压痕深度 100 0 0 0.2mm所以，HRC=100-e/0.002-(1)假设当压痕深度为0.08mm，0.12mm时，HRC=100-0.08/0.002=60 HRC=100-0.12/0.002=40,35,t课件,e=0.002(100-HRC ),36,t课件,e=0.002(130-HRB),37,t课件,HRB用于检测比较软的材料，波动较大，避免出现负数（因为e有可能大于0.2mm)，所以定为130。最小试料厚度d10e , e为压痕深度,由公式（1）和公式（2）得到：d 10e=100.002(100-HRC )d 10e=100.002 (130-HRB),HRB=130-e/0.002-(2),38,t课件,试样厚度Y与硬度值X的关系,39,t课件,XL34Y传动片,厚度为0.8mm技术要求为 当最小硬度为45HRC时，压痕深度e=0.002(100-HRC )=0.002（100-45）=0.11mm厚度必须要大于1.10mm，才可以用HRC以HRA检测时，45HRC相当于73.2HRA，压痕深度e=0.002(100-HRA )=0.002（100-73.2）=0.054mm,厚度大于0.54mm即可,40,t课件,表面洛氏硬度,与洛氏的检测原理完全相同，由于普通的洛氏硬度检测力较大，不宜测量较薄或经表面热处理以及化学热处理后的表面硬度。试验力一般有15，30，45（kgf)圆锥压头：HR15N， HR30N， HR45N球头： HR15T， HR30T， HR45T常用的为HR15N，比如从动盘渗碳，技术要求（500-600）HV，下限500HV，相当于50HRC，76HRA,86HR15Ne1=0.002(100-50 )=0.1mme2=0.002(100-76 )=0.048mme3=0.002(100-86 )=0.028mm,41,t课件,洛氏硬度的表示方法,28HRC80HRB60HRA80HR15N数字在前面，标尺在后面。XL11C盘毂,42,t课件,洛氏硬度的优缺点,优点：检测简便、迅速，压痕小，对试样表面没明显的影响，两种压头加上不同的试验力，使用范围广。缺点：压痕小代表性和本身结构决定重复性差，所以洛氏硬度的结果，第一个数据不算，后面必须测量三个数据。,43,t课件,各种洛氏硬度的适用范围,HRA（60kgf）-测量高硬度材料, 如硬质合金、表面淬火钢、适用于薄硬的材料。如弹簧片HRB（100kgf）-用于测量低硬度材料有色金属和退火、正火钢等。如膜片弹簧的原材料HRC（150kgf）-用于测量中等及偏上硬度材料，如调质钢、淬火钢等。当硬度20HRC时，压头压入过深，圆锥影响增大，影响准确性，所以检测报告上不可能出现20HRC。HR15N（ 15kgf）-渗层表面,44,t课件,洛氏硬度的注意事项,1、试样表面应平坦光滑，两个面平行，保证压痕深度的精确测量，一般建议Ra不大于1.6m。2、压痕距边缘距离或两压痕中心不小于5mm。3、圆柱形的凸和凹面要按标准进行修正（见后），凸面加上修正值，凹面则减去。4、硬度越低加载时间保持越长，数据第一个不读，至少记录三个数据。,45,t课件,46,t课件,膜片弹簧（原材料）HRB,47,t课件,膜片弹簧HRC,48,t课件,减振盘HRA（渗层较深时）,表面,渗层,基体,49,t课件,三，维氏硬度 :它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷1.961N（0.2kg)，适用于金属箔、极薄表面层显微组织的硬度测定。 它适用于几乎所有金属材料的硬度检测. GB/T 4340.1-2009 金属维氏硬度试验 第1部分：试验方法制样比较麻烦，平行，Ra不小于0.4m.任一压痕中心距试样边缘的距离和两压痕中心的距离应为压痕对角线长度的2.53倍。,50,t课件,维氏硬度,维氏硬度计,维氏硬度试验原理,维氏硬度压痕,51,t课件,将顶部两相对面具有规定角度的正四棱锥体（夹角为136度）金刚石压头用一定的试验力压入试验表面，保持一定时间后，卸除试验力，测量式样表面压痕对角线长度（见图1）：,52,t课件,维氏硬度原理,53,t课件,维氏硬度压痕对角线的长度范围是0.020mm1.400mm.,点击添加文本,GB/T4340按三个试验力范围规定了测定金属维氏硬度的方法（表1）：,54,t课件,维氏硬度的表示方法,从动盘渗层表面 500HV5300HV10/20采用10 kg的实验力，保持20s时得到的硬度值为300,试验力5kg,维氏硬度符号,硬度值,55,t课件,数显维氏硬度计HVS-10,目镜,工作台,面板,操作把手,压头,56,t课件,试样表面,57,t课件,维氏硬度计一般分类: 一.维氏硬度计 一般指最大负荷在10-50公斤的维氏硬度试验机（HV10-HV50） 二.小负荷维氏硬度计 一般指最大负荷在5公斤的维氏硬度试验机 （HV1-HV5） 三.显微维氏硬度计 一般指最大负荷在1公斤的维氏硬度试验机（HV0.1-HV1）,58,t课件,维氏硬度表示方法550HV5 300HV10/20采用5 kg的实验力，保持10-15s时硬度值为550采用10 kg的实验力，保持20s时硬度值为300试验力: HV0.3,HV0.5,HV1,HV3,HV5,HV10,59,t课件,硬度与材料的关系,硬度只是材料的一个力学指标，应该和其它力学指标及金相组织结合起来，才能发挥它的作用1、压盘硬度很高，磷共晶。2、硬度达到要求，但组织不是，最近盘毂芯。3、铆接的组织，是片状珠光体还是球粒状4、弹簧的硬度，看是否是回火屈氏体。,60,t课件,压盘HT250,61,t课件,XL905C盘毂芯（未调质）冷作硬化硬度31.0 HRC32.0 HRC32.0 HRC,62,t课件,盘毂正常的调质组织,63,t课件,两种支承钉铆接处金相组织,低碳钢渗碳 170HV 35#高频 220HV,铁素体+片状珠光体,铁素体+球粒状珠光体,64,t课件,硬度的探讨,1.了解产品正常情况下硬度在什么范围，公差带应用足。比如压盘（190250）HB，正常压盘的硬度为（185195）HB，大于200HB车不动，浪费大部分公差带。185HB？2.硬度对下一道热处理有影响的原材料应该有规定，比如膜片弹簧原材料（当然还有其它的规定，如球粒状珠光体比例和脱碳），一般（7585）HRB。,65,t课件,3.支承钉高频硬度（XL121Y为例）,H=2d+hH=支承钉的有效高度 d为支承圈直径，h为膜片厚度,66,t课件,技术要求,XL121Y支承钉13.2/4=3.313.2/3=4.4,67,t课件,检测结果,沿轴线线切割,68,t课件,4 XL94Y分离杆,69,t课件,问题,1）热处理硬度HRC20-60？2）硬度层1-3,什么叫硬度层？应该叫有效硬化层，根据GB/T 5617-2005钢的感应淬火和火焰淬火后有效硬化层的测定，从表面到极限硬度的垂直距离，图纸要求为（55-62）HRC，55HRC*0.8=44HRC，从分离杆头部表面测到44HRC的垂直距离就是有效硬化层。,70,t课件,3）实际的高频范围,高频处,基体,是不是应该根据实际使用要求，调整高频范围？,71,t课件,5.渗碳淬硬层深度,GB/T9450-2005钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核,72,t课件,6. 硬度标注和材料及热处理相匹配：,以导轮外环为例，技术要求见后 20Cr是调质钢吗？既然是20Cr渗碳，硬度要求不可能是（2532）HRC，因为渗碳后淬火，基体硬度20Cr淬火至少应该40HRC。按这样的要求人家制造不出产品，制造出来，按要求检测也是不合格。,73,t课件,导轮外环图纸技术要求,00,74,t课件,硬度转化标准,GB/T 1172-1999 黑色金属硬度及强度换算值各种硬度之间存在着一定的关系,但是无直接换算关系，只是相对比较。支承钉478543 HV直接从洛氏硬度转换过来，没有实际意义，可以适当修正。材料不同，硬度转化不一样的，仅供参考！,75,t课件,