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木工刀具制造技术:硬质合金刀片硬度检测方法

作者:利而利来源:木工刀具论坛 日期:18.10.30

 硬质合金因其硬度较高,国家标准规定用洛氏和维氏法测定。

1. 硬质合金的洛氏硬度检测方法

 1)采用HRA标尺。

        2)试样厚度不小于1.6 mm,表面粗糙Ra≤2μm,对烧结状态试样表面磨去厚度≮0.2 mm。如系曲面,其曲率半径不得小于15 mm。如曲率半径小于15 mm时,在试样上要制备至少有3 mm宽的检测平面。试样平面应平行于支承面,平行度不大于0.1/10 mm。

        3)硬度计读数精度能测到0.2 HRA或0.1 HRA。用标准块检查,其示值误差应不超过±0.5 HRA。

        4)检测时,控制主检测力应在6~8s内完成。保持主检测力时间不超过2s,并在2s内卸除主检测力。相邻两压痕中心距离及压痕中心距试样边缘不小于1.5 mm。

        5)单个试样应至少检测3个或3个以上数据,硬度值修约参见下表。

硬质合金洛氏硬度值修约表

 

计数精度

修约到(压痕个数)

3或4个

大于4个

0.2 HRC

0.1 HRA

0.2 HRA

0.1 HRA

0.1 HRA

0.1 HRA

2. 硬质合金的维氏硬度检测方法

        硬质合金的硬度一般应采用洛氏硬度A标尺检测,当制件或试样厚度小于1.6 mm时,可采用维氏法检测。

        1)试样厚度应不小于1 mm。表面磨去厚度2μm以上,如为曲面应加工出平面供检测。

        2)硬度计应符合GB/T 4340.2—1999要求。压痕对角线测量装置精度应满足:d<100μm为±0.2μm,100μm≤d<200μm为±0.1μm,推荐用294.2N(30 kgf),如试样厚度小于1 mm时,可用小于294.2N力值以下的检测力。

        3)两相邻压痕中心距不小于3d,从压痕中心到试样边缘的距离应不小于2.5d。

3.碳化钨钢结硬质合金洛氏硬度检测方法

        1)采用HRC或HRA标尺检测。

        2)试样厚度在退火状态不得小于1.5 mm,淬火或淬火后低温回火状态不得小于0.1 mm。

        3)检测时两相邻压痕中心距离不得小于2.0 mm。任一压痕中心至试样边缘距离不得小于1.5 mm。

        4)试样硬度值在40 HRC以下时,每个试样至少测5个点,硬度值在40 HRC以上时,每个试样至少测3个点。

        5)结果取算术平均值为该试样的硬度值。

      洛氏硬度检测法同布氏和维氏硬度检测法—样,是三种最常用的硬度检测法之一。

 

  洛氏硬度试验国家标准的演变,介绍的金属洛氏硬度试验GB/T230.1—2004系采用国际标准化组织ISO 6508—1—1999:《金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法( A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T 标尺)》。这一标准代替了GB/T230—1991《金属洛氏硬度试验方法》和GB/T1818—1994《金属表面洛氏硬度试验方法》。

一、洛氏硬度检测方法

 

 

1.原理

  洛氏硬度检测法采用120°金刚石圆锥或硬质合金球(规定直径的)作为压头,在初始检测力F0作用下,再加上主检测力F1,在总检测力F作用下,将压头压入试样表面。之后卸除主检测力,在保留初始试验力F0测量压痕深度残余增量h,根据h值及常熟N和S(见表3-1)用式(3-1)计算洛氏硬度。

 

 

2.符号及计算公式
  洛氏硬度检测及计算公式所用符号及其含义见表3-1。

计算公式: 洛氏硬度=N-h/s (3―1) 

根据洛氏硬度定义,一个洛氏硬度(HR)单位在特定条件下定义为0.002mm的压痕深度残余增量。
  规定洛氏硬度读数如下:用金刚石压头(A、C、D标尺)公式为洛氏硬度=l00―h/0.002;用钢球或硬质合金球压头(B、E、F、G、H、K标尺)为洛氏硬度=130-h/0.002。

  由HR= N- h/s公式看出,压痕深度的残余增量h越大,则洛氏硬度值越低;h越小,硬度值越高。式中N为定义常数,用球压头为130;用金刚石压头为100。所谓标尺,是用不同压头和总检测力的组合加以区分。例如用金刚石圆锥压头,总检测力为980.7N(100kgf)时,是B标尺HRB。

  h是去除主检测力后,在保持初始检测力F0下的残余压痕深度增量。用金刚石压头,147lN总检测力条件下,在卸除主检测力后,如h为0.08mm,因为每一洛氏硬度单位为0.002mm,则HRC=100-40=60。由此可看出此值无量纲为一有条件的无名数。

  N值为什么定义为100和130?当压头为金刚石圆锥体时,因为HRC(A)规定用于测量较硬的材料,如淬火后的钢及硬质合金等,一般不会出现压入深度为0.2mm而使硬度值为零的情况。当压头为球时,多用于测量中等及较低硬度的材料,硬度值跨度较大,为了避免出现负值,将用球的洛氏标尺N值均定为130。表面洛氏N值均定义为100。

 

 

3.加载方式

砝码加载

弹簧加载

液压加载

闭环传感器控制

 

 

4.洛氏硬度标尺及技术参数
  GB/T230.1-2004标准中共有15个标尺,其中包括A、B、C、D、E、F、G、H、K9个标尺技术参数见表3-2,表面洛氏N、T 6个标尺参数见表3-6。

 

5.标尺的应用原则
  HRA—适用于测定坚硬或薄硬材料硬度,如硬质合金、渗碳后淬硬钢、经硬化处理后的薄钢带、薄钢板等。因为对于HRC>67的材料若仍用1471N检测力易于损坏金刚石压头。宜用检测力较小,压人深度较浅的HRA标尺。 

  HRB—适宜用于测定中等硬度的材料,如经退火后的中碳和低碳钢、可锻铸铁、各种黄铜和大多数青铜以及经固溶处理时效后的各种硬铝合金等。适用范围是20~100HRB。当试样硬度小于20HRB时,因为这些金属的蠕变行为,试样在检测力作用下变形将持续很长时间,表上的指针或光学投影刻度将长时缓慢移动,难以测量准确。而当HRB>100时,因为球压入深度过浅,灵敏度降低,影响测量精度。

 HRC—最适用于测定经淬火及低温回火后的碳素钢、合金钢以及工、模具钢,也适用于测定冷硬铸铁、珠光体可锻铸铁、钛合金等。一般HRB>100的材料可用C标尺测定,当HRC<20时,由于金刚石压头压入过深,压头圆锥的影响增大,产生下滑现象,影响测量准确性,宜换用HRB标尺测定。

  HRD—是介于HRA和HRC之间的一种标尺,适用于压入深度介于A和C标尺之间的各种材料,如表面热处理强化后的钢试样、珠光体可锻铸铁等。

  HRE—适用于测定一般铸铁、铝合金、镁合金、轴承合金及其他类似软金属。

  HRF—适用于韧化黄铜、紫铜、一般铝合金等。
  HRG—适用相当于HRB近于100的材料。因为这时时可比HRB检测近于100时的灵敏度为高。

  HRH—适用于铝、锌、铅等软金属合金,因为H标尺使用压头直径大;检测力又小,且可迅速直接读数。 

  HRK—适用于轴承合金和其他软金属材料。 

  以上除洛氏A、B、C三个标尺外,其余洛氏D、E、F……等6个标尺都是在修订后的标准中增添的。因为在ISO标准中,这些标尺早已有应用,我国加入WTO以后,国际贸易、技术交流将会更加频繁,为参照对比国际上各种硬度要求,这些标尺的应用是很重要的。 

 

 

6.应用范围及其特点
       洛氏硬度检测操作简便、迅速,工作效率高。由于其使用检测力小,所产生的压痕比布氏硬度检测的压痕小,因而对制件表面没有明显损伤。由于使用金刚石压头和两种直径球作为压头,有三种检测力,共计有9个标尺(见表3-2),可以测量从较软到较硬材料的硬度。使用范围宽广。再者有预检测力,所以试件表面轻微的不平度对硬度值的影响比布氏、维氏为小。因此,适用于成批生产大量检测的机械、冶金热加工过程中以及半成品或成品检验。特别适用于刃具、模具、量具、工具等的成品制件检测。