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材料硬度表示方法
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材料硬度表示方法
維氏硬度(HV)
努普硬度(HK)
洛氏硬度(HRA)
壓頭
金剛石正四棱錐體,夾角136°
金剛石四棱錐體,兩長(zhǎng)棱夾角172°,短棱夾角130°,底面為棱形。
金剛石圓錐體,圓錐角120°,頂端球面半徑為0.2mm
荷重
10-100g
10-200g
基準(zhǔn)荷重10Kg,總荷重70Kg
荷重時(shí)間
30s
30s
基準(zhǔn)荷重9s,總荷重10s
所測(cè)數(shù)據(jù)
壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度,算出壓痕表面積
壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度,算出投影面積
壓痕深度之差h
計(jì)算公式
HV=1.854P/d2HV-維氏硬度(Kg/mm2)P-荷重(Kg)d-對(duì)角線長(zhǎng)(mm)
HK=14.23P/L2HK-努普硬度(Kg/mm2)P-荷重(Kg)d-對(duì)角線長(zhǎng)(mm)
HRA=100-hghg-h除以0.002mm的當(dāng)量
特點(diǎn)
①荷重小,可測(cè)定細(xì)小的試樣壓痕小
②測(cè)量誤差大
③對(duì)試樣無損壞
①同上
②壓痕長(zhǎng),易測(cè)量,誤差小③ 同上
①荷重較大,只能對(duì)相對(duì)大的試樣進(jìn)行測(cè)定。②誤差小。測(cè)量效率高。③對(duì)試樣破壞性大。
測(cè)量精度
較低
較高
較高
試樣要求
為使壓痕清晰,易于測(cè)定,試樣表面須先研磨拋光
同上
試樣表面不需研磨拋光。但試樣兩面要相互平行,表面粗糙度要足夠小。
表2 洛氏硬度標(biāo)尺
壓頭類型
總試驗(yàn)力F(N)
1471
980.7
588.4
金剛石圓錐
C
D
A
鋼球(mm)
d=1.5875
G
B
F
d=3.175
K
E
H
硬度是衡量材料力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo),它是指物體抵抗外力進(jìn)入其中的能力,即由于其他物體給與的外力與物體的形變尺寸之間的關(guān)系。
表1幾種常用的陶瓷硬度測(cè)定方法
名稱 維氏硬度(HV) 努普硬度(HK) 洛氏硬度(HRA)
壓頭 金剛石正四棱錐體,夾角136° 金剛石四棱錐體,兩長(zhǎng)棱夾角172°,短棱夾角130°,底面為棱形。金剛石圓錐體,圓錐角120°,頂端球面半徑為0.2mm
荷重 10-100g 10-200g 基準(zhǔn)荷重10Kg,總荷重70Kg
荷重時(shí)間 30s 30s 基準(zhǔn)荷重9s,總荷重10s
所測(cè)數(shù)據(jù) 壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度,算出壓痕表面積 壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度,算出投影面積 壓痕深度之差h
計(jì)算公式 HV=1.854P/d2HV-維氏硬度(Kg/mm2)P-荷重(Kg)d-對(duì)角線長(zhǎng)(mm)HK=14.23P/L2HK-努普硬度(Kg/mm2)P-荷重(Kg)d-對(duì)角線長(zhǎng)(mm)HRA=100-hghg-h除以0.002mm的當(dāng)量
特點(diǎn) ①荷重小,可測(cè)定細(xì)小的試樣壓痕小
②測(cè)量誤差大
③對(duì)試樣無損壞 ①同上
②壓痕長(zhǎng),易測(cè)量,誤差?、?同上 ①荷重較大,只能對(duì)相對(duì)大的試樣進(jìn)行測(cè)定。②誤差小。測(cè)量效率高。③對(duì)試樣破壞性大。
測(cè)量精度 較低 較高 較高
試樣要求 為使壓痕清晰,易于測(cè)定,試樣表面須先研磨拋光 同上試樣表面不需研磨拋光。但試樣兩面要相互平行,表面粗糙度要足夠小。
對(duì)于較硬的材料(如95瓷、SiC等),用得較多的是洛氏硬度,并且它的精度高,誤差小。但是它的標(biāo)尺多,共有A、B、C、D、E、F、G、H、K九種。硬度之間的換算較難,也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),下面就探討一下洛氏硬度。
GB/T230-91是金屬洛氏硬度的試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn),也適用于陶瓷材料。各種標(biāo)尺相應(yīng)的壓頭類型和總試驗(yàn)力,見下表2。
表2 洛氏硬度標(biāo)尺
壓頭類型 總試驗(yàn)力F(N)
1471 980.7 588.4
金剛石圓錐 C D A
鋼球(mm) d=1.5875 G B F
d=3.175 K E H
陶瓷材料一般以HRA為主(適用范圍20-88),較硬可用HRC為標(biāo)尺(適用范圍20-70),洛氏硬度是根據(jù)壓痕深度計(jì)算硬度值。
HR = (K—?h)/0.002 ①
K—常數(shù) h—除掉初試應(yīng)力(10kgf)的深度
當(dāng)壓頭為金剛石時(shí),K=0.20mm
當(dāng)壓頭為鋼球時(shí),K=0.26mm
由公式我們可以看出,當(dāng)h越大,HR越小,對(duì)于A標(biāo)尺,由于加力小,故相對(duì)C標(biāo)尺其硬度要大些,根據(jù)GB1172-74,黑色金屬洛氏硬度值換算表可知,HRA在80左右范圍內(nèi),HRC與之相差范圍在16-18,趨勢(shì)是HR值越大,差值越小,但無規(guī)律。作者以95瓷為例,儀器為一臺(tái)HR-150A型洛氏硬度計(jì),做了一些試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其HRA與HRC之間換算數(shù)據(jù)并不滿足GB1172-74中的對(duì)照關(guān)系。但也沒發(fā)現(xiàn)規(guī)律。但可以肯定不同的95瓷配方、不同的生產(chǎn)工藝得到的洛氏硬度都是不同的。
陶瓷材料的組成、顯微結(jié)構(gòu)和硬度都有一定關(guān)系。不同組成陶瓷材料其硬度值顯然是不一樣的,同一組成的陶瓷材料,由于生產(chǎn)工藝的不同,其內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)也是不同的。故其硬度也不同。同一組成相,顯微結(jié)構(gòu)是硬度的決定因素,晶粒大小是*靈敏的結(jié)構(gòu)因素。
H = H0 + K﹒d-0.5 ②
H0—單晶壓入硬度 d—晶粒直徑 K—材料系數(shù)
②式也說明了平均粒徑小的材料,硬度高。
研究陶瓷新材料時(shí),我們可以借助硬度測(cè)試和顯微結(jié)構(gòu)分析這些簡(jiǎn)便的方法,來初步陶瓷的性能,找出其性能與顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系,同時(shí)還可對(duì)其生產(chǎn)工藝提出科學(xué)的依據(jù)。
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