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汽车行业常用的硬度试验方法

提供 来源:      日期:2018年10月23日
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应用于汽车零部件行业的硬度试验方法主要有布氏、洛氏、里氏硬度试验,相应的试验仪器是布氏、洛氏、里氏硬度计。其中布氏和洛氏硬度试验是基本的、规范性的试验方法,里氏硬度试验是一种非规范、替代性的试验方法,只有在工件较大、取样不便或要求不高的场合才被部分企业选用。


布氏硬度试验
布氏硬度试验方法是将规定尺寸的碳化钨合金球压头以规定的试验力压入工件表面,保持规定时间后卸除试验力,利用光学仪器测出压痕直径,经计算或查表得到布氏硬度值。
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优点
布氏硬度试验由于试验力较大,球压头的直径较大,可以测出一定范围内金属各组成相硬度的平均值,因此代表性好,精度较高。布氏硬度试验还有一个突出的优点,即布氏硬度值与抗拉强度值之间具有相当好的对应关系,测出布氏硬度就可以估算出材料的抗拉强度。

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缺点
布氏硬度试验的缺点是需要用光学仪器测出压痕直径,比较费时,效率较低;布氏硬度试验的另一个缺点是压痕较深,对零件表面有一定的损伤,不适于测试成品零件。

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应用范围
布氏硬度试验特别适于测试采用铸造、锻造、轧制等工艺生产的钢铁及有色金属材料。
 
在汽车零部件行业,布氏硬度计的应用非常广泛,包括铝合金轮毂、刹车鼓、刹车盘、发动机缸体、缸盖、连杆、曲轴、活塞等铸锻件的热处理毛坯以及经调质热处理的钢材都要检测其布氏硬度。

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布氏硬度试验国家标准
GB/T 231.1-2018《金属材料布氏硬度试验第1部分:试验方法》
GB/T 231.2-2012《金属材料布氏硬度试验第2部分:硬度计的检验与校准》。

目前后一项标准正在重新修定中。


洛氏硬度试验
洛氏硬度试验方法是将金刚石圆锥压头或碳化钨合金球压头先后以规定的初试验力和总试验力压入工件表面,保持较短时间后卸除部分试验力,保持初试验力,测出前后初试验力时压痕的深度差值,用这个深度差值来确定零件的洛氏硬度。
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优点
洛氏硬度试验的优点是不需要使用光学仪器,测试后直接得到洛氏硬度值,操作简单、省时、效率高。洛氏硬度试验的另一个优点是:试验力较小,压痕较浅,对零件表面几乎无损伤,不影响零件的使用,可以直接检测成品或半成品零件,也可以通过一道精加工工序将压痕除掉。

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应用范围
由于采用了金刚石圆锥压头,洛氏硬度试验与布氏硬度试验相比,可以测试更硬的材料。由于压痕较浅,可以测试渗碳、高频淬火等表面热处理零件。
 
在汽车零部件行业,洛氏硬度试验的应用也非常广泛,主要用于测试成品或接近成品的零件,包括高强螺栓、轴类、轴承零件、模具及其他接近成品的零件。

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洛氏硬度试验国家标准
GB/T 230.1-2018《金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法》
GB/T 230.2-2012《金属材料洛氏硬度试验第2部分:硬度计的检验与校准》。

目前后一项标准正在重新修定中。


里氏硬度试验
里氏硬度试验的原理是将一个硬质合金球压头,以一定速度冲击到工件表面,测出球压头反弹速度与冲击速度之比,再乘上一个系数就是里氏硬度值。
 
这是一种动态的、弹跳式的试验方法,影响试验结果的因素比较多,其测试精度和重复性都不够好,这种试验还要求工件的体积足够大,表面要打磨得足够光滑。

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优点
里氏硬度计的优点是仪器小巧、操作方便、效率高、方便现场检测和大型零件检测。

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换算问题
所有汽车金属零部件在其产品标准、设计图纸或订货合同中都是要求检测布氏硬度或洛氏硬度。因此检测里氏硬度之后,要将里氏硬度值换算成布氏或洛氏硬度值。

由于里氏硬度的试验原理与布氏及洛氏硬度的完全不同,硬度值之间并没有确切的一一对应关系,因此换算之后会带来较大误差。

所以通过检测里氏硬度后换算成布氏或洛氏硬度的检验结果,在大品牌原始设备制造商(OEM)合同及国际贸易中通常是不被认可的。

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应用范围
里氏硬度试验一般用于检测常规的布氏、洛氏硬度计不便检测的大型、异形零件,还用于对硬度指标要求不高的场合,一些向配件市场供货的中小型企业,较多地采用这种硬度试验方法。

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里氏硬度试验国家标准
GB/T 17934.1-2014《金属材料里氏硬度试验第1部分:试验方法》
GB/T 17934.2-2012《金属材料里氏硬度试验第2部分:硬度计的检验与校准》。


测深法布氏硬度试验
在规定条件下,使用经校准的仪器对碳化钨合金球压头施加试验力,使其压入材料表面,测量压痕深度,利用校准过的压痕深度-硬度曲线得到布氏硬度值。
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与常规布氏硬度计的区别
测深法布氏硬度计可以通过测量压痕深度快速测得金属材料的布氏硬度,无需像常规布氏硬度计那样需要利用光学仪器测量压痕直径。
测深法布氏硬度计的测量精度略低于常规布氏硬度计的,标准规定的测量精度为≤3%,但其检测效率远高于常规布氏硬度计的。

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应用范围
这种仪器主要用于在生产现场对批量生产的工件进行快速的合格检验。

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校准方法
仪器内部存有标准的压痕深度-硬度曲线,该曲线是根据标准硬度块制作的。当被测材料发生变化时,测量值可能会发生超差,因此仪器在使用前应针对被测材料进行校准。
 
取两件或多件硬度可以涵盖被测工件硬度范围的工件本体或用实际工件制作的试块,在常规布氏硬度计上测出布氏硬度,再对仪器的压痕深度-硬度曲线进行校准。测深法布氏硬度计压痕深度的测量一般采用高精度位移传感器,所测量的压痕深度可以是从试样表面开始测量的总深度,也可以是从初试验力时压头位置开始测量的深度差值。
 
不同厂家生产的不同型号的测深法布氏硬度计,只要按照上述校准方法进行了校准,其检测结果就具有可比性,就可以保证相应的检测精度。

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测深法布氏硬度试验国家标准
GB/T 24523-2009《金属材料快速压痕(布氏)硬度试验方法》。

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